[发明专利]墨水及其制备方法和气敏传感器薄膜

说明书

本发明涉及一种墨水及其制备方法和气敏传感器薄膜。其中，所述墨水的制备方法包括以下步骤：提供具有各向异性的α‑Fe₂O₃纳米颗粒；于所述α‑Fe₂O₃纳米颗粒的表面形成具有介孔结构的SnO₂壳层，得到具有核壳结构的α‑Fe₂O₃/SnO₂纳米复合粒子；将所述具有核壳结构的α‑Fe₂O₃/SnO₂纳米复合粒子分散于水中，得到分散液，再加入溶剂，混合均匀，得到所述墨水。通过该方法制备得到的墨水均匀、稳定，适合于喷墨打印，该墨水将两种气敏材料复合于一体，且能够抑制咖啡环效应，提高了气敏传感器薄膜的均一性和灵敏度。

技术领域

本发明涉及气敏传感器制造技术领域，特别是涉及一种墨水及其制备方法和气敏传感器薄膜。

背景技术

半导体气敏传感器主要是以过渡金属氧化物半导体材料作为气敏材料。常用作气敏材料的SnO₂(二氧化锡)气敏薄膜对很多气体都有响应，具有检测范围宽等优点，但也存在选择性不高、工作稳定性不强等缺点。α-Fe₂O₃(α相三氧化二铁，俗称赤铁矿)是一种典型的n型(电子耗尽层)半导体，具有良好的光学带隙、耐腐蚀性、环境友好、及易于合成制备等优点，而被广泛应用于光电化学、气敏传感器等领域，但是其存在灵敏度欠佳的缺点。

喷墨打印具有精准控制、操作方便、节约材料等优异特点，在电子元件制备、功能材料沉积制膜显示出特别的优势。通过合成相关功能材料，并对其进行墨水化，利用喷墨打印的技术，可以很方便地制备各种不同的成分及厚度的气敏薄膜。但是，喷墨打印及其随后的干燥过程，通常会产生由薄膜中心位置指向边缘位置的毛细流动，从而造成中心薄而边缘较厚的咖啡环现象，致使成膜均一性不良，影响器件性能。为了抑制这种毛细流，通常添加多种溶剂并通过调节墨水中各溶剂组分，在干燥过程中形成马兰哥尼流，抑制咖啡环的形成。

然而，多种溶剂的添加，仅能减弱咖啡环形成的趋势，而且形成马兰哥尼流与毛细流的相对大小也无从衡量，对于干燥过程的调控具有一定的盲目性，并且通过添加、调节溶剂配比来抑制咖啡环现象的操作复杂，效率较低。

发明内容

基于此，提供一种稳定的墨水，能够在墨水干燥过程中避免咖啡环的影响，形成均一的气敏薄膜层，提高气敏传感器的响应灵敏度。

一种墨水，主要由α-Fe₂O₃/SnO₂纳米复合粒子和溶剂制备而成，所述α-Fe₂O₃/SnO₂纳米复合粒子具有核壳结构，其中，α-Fe₂O₃为核，SnO₂为包覆在α-Fe₂O₃核上的壳层，SnO₂壳层具有介孔结构，所述α-Fe₂O₃为具有各向异性的α-Fe₂O₃。

上述墨水呈均匀的胶体分散体系，稳定性好，适用于打印，且其能够抑制墨水干燥成膜过程中的咖啡环效应，提高薄膜层的均一性，可用于气敏传感器薄膜的批量化打印生产，提高气敏传感器的响应灵敏度。

在其中一个实施例中，制备所述墨水的原料还包括表面活性剂，所述α-Fe₂O₃/SnO₂与所述表面活性剂的重量之和占所述墨水总重量的5％～30％，所述溶剂占所述墨水总重量的70％～95％。

本发明另一目的在于一种墨水的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

提供具有各向异性的α-Fe₂O₃纳米颗粒；