[发明专利]一种单个粒子敏感气体传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种单个粒子敏感气体传感器及其制备方法和应用，本发明提供的一种单个粒子敏感气体传感器的制备方法，包括以下步骤：提供传感器衬底；采用单粒子捕获法在所述传感器衬底表面沉积单粒子，得到单个粒子敏感气体传感器前驱体；将所述单个粒子敏感气体传感器前驱体进行退火处理，得到单个粒子敏感气体传感器。本发明所述的制备方法成本低、操作简单；利用所述制备方法制备得到的单个粒子敏感气体传感器可以避免粒子聚集和粒子生长，从而充分发挥纳米粒子的结构优势，能够增大比表面积、提高灵敏度、有助于气体在表面吸附和解吸过程中的响应恢复速率；也可以解决粒子聚集和二次生长带来的不稳定问题。

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种单个粒子敏感气体传感器及其制备方法和应用。

背景技术

由于纳米材料具有比表面积大、表面缺陷丰富等特点，被广泛应用于气体传感器器。通常半导体气体传感器往往需要在较高的温度下工作，但是持续的高温工作会使半导体材料的晶体结构遭到破坏，进而造成传感器性能不稳定的问题。

目前，紫外增强和抑制敏感粒子生长是改善上述问题的常用方式，其中紫外增强主要是采用紫外光激发敏感材料代替加热元件对材料的热激发的方式，该方式可以改善敏感材料的常温气敏特性和常温导电性；但是其响应恢复时间却高达几到几十分钟，灵敏度也大大降低。同时，抑制单个敏感粒子生长主要通过制备分级结构实现，但是从制备分级结构到传感器的制备还需要通过旋涂或者涂覆等操作才可以形成敏感材料薄膜层，该敏感材料薄膜层通常会由于粒子的聚集而形成致密膜，不利于传感器气敏性能的提高和稳定。

在上述基础上，现有技术通过制备单个纳米粒子构建气体传感器来解决单个敏感粒子生长的问题；在制备单个纳米粒子气体传感器的过程中主要是利用聚焦离子束沉积实现电极沉积控制，或者借助接触式原子力显微镜实现敏感材料控制，从而实现敏感材料与电极的接触，但所述方法所使用的设备比较昂贵，操作也比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单个粒子敏感气体传感器的制备方法，所述方法简单，成本低。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种单个粒子敏感气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

提供传感器衬底；

采用单粒子捕获法在所述传感器衬底的表面沉积单粒子，形成单个粒子敏感层，得到单个粒子敏感气体传感器前驱体；

将所述单个粒子敏感气体传感器前驱体进行退火处理，得到单个粒子敏感气体传感器。

优选的，所述传感器衬底的制备方法，包括以下步骤：

在传感器基底上依次沉积聚合物纤维牺牲层和电极材料层后，去除聚合物纤维牺牲层，得到传感器衬底。

优选的，所述聚合物纤维牺牲层的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮和/或聚乙烯醇。

优选的，所述电极材料层包括打底金属层和导电金属层；

所述导电金属层的材料为金和/或铂；所述打底金属层的材料为钽；

所述导电金属层的厚度为50～250nm；所述打底金属层的厚度为5～25nm。

优选的，所述电极材料层包括两金属块区；

所述两金属块区的间距为10～500nm。

优选的，所述单粒子捕获法的过程为：将传感器衬底置于单粒子分散液中，施加电压，在传感器衬底上进行单粒子捕获；

所述单粒子分散液的单粒子为金属氧化物或金属硫化物；

所述单粒子分散液的浓度为0.0001～1g/mL。