[发明专利]一种基于石墨烯的二氧化氮传感器

权利要求书

1.一种基于石墨烯的二氧化氮传感器，所述二氧化氮传感器为厚膜型，采用陶瓷基板为衬底，在该陶瓷基板上设有插指电极，插指电极上设有敏感薄膜，其特征在于，所述敏感薄膜为ZnO纳米片和Au/SnO₂/RGO复合材料的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的二氧化氮传感器，其特征在于，所述Au/SnO₂/RGO复合材料是通过水热法制备的，该复合材料呈二维片状结构，Au和SnO₂均为纳米粒子，均匀的担载在石墨烯表面。

3.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的二氧化氮传感器，其特征在于，所述Au纳米粒子粒径为10nm。

4.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的二氧化氮传感器，其特征在于，所述SnO₂纳米粒子粒径为5nm。

5.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的二氧化氮传感器，其特征在于，所述Au/SnO₂/RGO复合材料中，Au、SnO₂和RGO的质量比例为7:5:4。

6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的二氧化氮传感器，其特征在于，敏感薄膜中，所述ZnO纳米片与Au/SnO₂/RGO复合材料的质量比为4:1。

7.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的二氧化氮传感器，其特征在于，所述敏感薄膜厚度为0.15mm。

8.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的二氧化氮传感器，其特征在于，所述二氧化氮传感器的制备过程为：

步骤1，制备ZnO纳米片

分别取3.5g的尿素和1g的乙酸锌，将尿素和乙酸锌溶解在40ml去例子水中，形成混合溶液，然后搅拌50min，搅拌后将混合溶液转移到100ml的锥形瓶中，密封，将锥形瓶置于烘箱中，在95℃下保温8h，然后自然冷却，将沉淀离心、洗涤，再在60℃干燥3h，最后，将沉淀在马弗炉中320℃煅烧2h，得到所述的ZnO纳米片粉末；

步骤2，制备Au/SnO₂/RGO复合材料

a)制备氧化石墨

GO的制备是通过改进的Hummers方法完成：首先，将0.1g的石墨粉与2.3ml的浓硫酸溶液混合，在室温下搅拌24h，随后，将10mg的硝酸钠添加到混合物中继续搅拌40min，然后，将混合物置于冰浴中，向其中缓慢加入0.3g高锰酸钾，待混合物搅拌均匀后，对其进行35-40℃的水浴加热处理40min，至反应粘稠，再缓慢加入4.6ml蒸馏水，并将上述混合物在75℃下加热搅拌15min，最后，向混合物中加入14ml蒸馏水和1ml的过氧化氢溶液来终止反应；然后，将所得混合物反复用蒸馏水清洗，至溶液呈中性，再将沉积在溶液底部未被氧化剥离的石墨粉与已被氧化剥离分散在水溶液中的GO片层分离，将干燥后的GO重新分散在去例子水中配置成浓度为1.0mg/ml的GO溶液；

b)制备Au/SnO₂/RGO复合材料

将1ml的上述GO溶液加入到40ml蒸馏水中，再将SnCl₄·5H₂O加入到GO的分散液中，超声分散30min，而后将溶液转移至50ml的水热反应釜中，密封后放在烘箱中180℃反应12h，将所得产物离心分离，得到In₂O₃/RGO分散液；

再将Au纳米粒子加入到上述In₂O₃/RGO分散液中，将混合溶液加热到100℃反应60min，所得产物经离心分离、洗涤，得到所述Au/SnO₂/RGO复合材料分散液；

步骤3，等离子体处理

将上述得到的Au/SnO₂/RGO复合材料分散液滴涂到ZnO纳米片粉末表面，研磨60min、超声处理20min，使其混合均匀，然后，将混合物进行低温射频氩等离子体处理，等离子发生装置为电感耦合式，工作频率为15.24MHz，功率为350W，气压45Pa，气体流速为22sccm，处理时间为40min；

步骤4，制备二氧化氮传感器

将步骤3中等离子体处理后的混合物与适量去例子水混合均匀，在研钵中研磨10min，将所得糊状物涂敷于带有插指电极的陶瓷基底表面，干燥后，得到所述二氧化氮传感器。

9.根据权利要求8所述的一种基于石墨烯的二氧化氮传感器，其特征在于，所述插指电极为Au电极，Au电极线条宽为0.1mm，指间距为0.15mm，插指电极厚度为0.1～0.2mm。