[实用新型]石墨烯复合气体敏感材料、气敏传感器

说明书

本实用新型公开了一种石墨烯复合气体敏感材料及气敏传感器。所述石墨烯复合气体敏感材料包括金属催化层、多个石墨烯层和多个金属氧化物和/或金属修饰层，其中一石墨烯层直接叠设在金属催化层上，且所述多个石墨烯层与所述多个金属氧化物和/或金属修饰层交替层叠设置，使所述石墨烯复合气体敏感材料具有三维多层复合结构。本实用新型提供的石墨烯复合气体敏感材料具有良好的气敏特性，能够在较低温度下工作，并且具有良好选择性、重复性，能够在多种气敏传感器中广泛应用，同时其制备工艺简单易实施，可控性好，适于规模化生产。

技术领域

本实用新型涉及一种气体敏感材料及其制作方法，特别涉及一种石墨烯复合气体敏感材料、气敏传感器及其制作方法。

背景技术

现阶段气敏传感器主要有半导体式、电化学式、催化燃烧式等几种。其中，半导体式气体传感器最实用的一类气体传感器，它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。半导体式气体传感器核心之一在于敏感材料的质量，决定了气体传感器的灵敏度、响应时间等核心参数。

目前的半导体气敏材料主要以氧化物为主，如氧化锡、氧化锌、氧化铜等。这些气敏材料需要在一定的温度下才能工作，通常要超过250度。还有一些碳纳米管材料也可以作为气敏材料，并可以在较低温度下进行工作，但其选择性和脱附行比较差，影响器件的产能。另一方面，石墨烯因具有超高的比表面积以及超低的约翰逊噪声，有望成为新型的气敏材料。然而，大量实验及计算表明，本征石墨烯只对NH₃、NO₂等少数气体有较高的灵敏度，并且吸脱附时间较长、气体选择性差。为了改善石墨烯材料的气敏性能，研究人员提出了对石墨烯材料进行功能化的方法。例如，有研究人员采用复合还原的方法，在石墨烯上负载SnO₂颗粒，提高了石墨烯基材料的选择性和恢复性，但此种方法制备的材料容易团聚，影响其气敏特性。还有研究人员采用CVD法制备石墨烯，通过Pt、Pd金属对其进行修饰。该方法虽然在一定程度上也可以实现石墨烯复合材料的制备，但其金属修饰颗粒的均匀性和一致性难以得到保障。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种石墨烯复合气体敏感材料，其能够在较低温度下工作，并且具有良好选择性、重复性，从而克服了现有技术的不足。

本实用新型的另一目的在于提供一种制作所述石墨烯复合气体敏感材料的方法。

本实用新型的又一目的在于提供所述石墨烯复合气体敏感材料的应用。

为实现前述发明目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种石墨烯复合气体敏感材料，其特征在于包括金属催化层、多个石墨烯层和多个金属氧化物和/或金属修饰层，其中一石墨烯层直接叠设在金属催化层上，且所述多个石墨烯层与所述多个金属氧化物和/或金属修饰层交替层叠设置，使所述石墨烯复合气体敏感材料具有三维多层复合结构。

本实用新型实施例还提供了一种石墨烯复合气体敏感材料的制作方法，其包括：

在衬底上形成金属催化层的第一步骤；

在所述金属催化层上形成石墨烯层的第二步骤；

在所述石墨烯层上形成金属氧化物和/或金属修饰层的第三步骤；

在所述金属氧化物和/或金属修饰层上形成石墨烯层的第四步骤；

其中，所述第三步骤与第四步骤重复进行两次以上，从而形成多个石墨烯层与多个金属氧化物和/或金属修饰层交替层叠的结构。

本实用新型实施例还提供了所述石墨烯复合气体敏感材料的用途。例如，本实用新型实施例还提供了一种气敏传感器，其包括所述的石墨烯复合气体敏感材料。