[发明专利]二硫化钼/纳米金刚石复合湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种二硫化钼/纳米金刚石复合湿度传感器及其制备方法，包括步骤：水热法合成二硫化钼/纳米金刚石复合溶液，将其离心、洗涤以及超声分散得到二硫化钼/纳米金刚石复合材料分散液；再将该复合分散液涂覆到电极基片表面，放置入保护气体中静置进行干燥处理，从而得到附着有二硫化钼/纳米金刚石复合材料薄膜的电极基片；其中电极基片包括依次设置的硅基体、二氧化硅层、二氧化硅层表面形成第一电极和第二电极以及在所述二氧化硅层、第一电极和第二电极上附着的水热合成的二硫化钼/纳米金刚石复合材料薄膜；本发明的湿度传感器具有较高的响应灵敏度和快的响应速度。

技术领域

本发明属于湿敏元件及其制备技术领域，特别涉及一种湿度传感器技术。

背景技术

湿度传感器被广泛应用在许多的领域，如在半导体技术，设备的防腐蚀，工业和农业生产，以及医疗诊断中对湿度的控制和监测都有着非常重要的作用。传统的湿度感应材料，像金属氧化物及其复合材料需要高温下运行，功耗大，低的灵敏度和慢的响应速度等缺点，限制了其在实际中的运用。研制和开发具有高的灵敏度和快的响应速度的新型纳米湿敏材料仍然是目前湿度传感元件发展所面临的挑战。

二硫化钼，作为一种典型的过渡金属硫化物，由于其较高的比表面积、杰出的电子属性和优异的机械特性是被广泛的运用于气湿敏传感器中。2013年，Tan等人在文章Thecombinations of hollow MoS2 micro@nanospheres:one-step synthesis,excellentphotocatalytic and humidity sensingroperties中构造出了一种基于空心的微/纳米球二硫化钼电容式相对湿度传感器，该传感器电极单元为平面并列双梳状叉指结构，得益于这种空心微/纳米球二硫化钼较大的比表面积，该传感器相比于以往基于传统的聚酰亚胺、氯化锂以及氧化物陶瓷材料等的湿度传感器具有较高的湿度响应灵敏度，但是灵敏度也只有几十皮法每相对湿度，且传感器的响应时间在一百秒以上，这是由于研究结果表明二硫化钼只是在其边缘具有化学活性然而在其基平面是化学惰性的，这使得二硫化钼湿度传感器对水分子显示出了差的吸附性能。

发明内容

为了解决以上所述现有二硫化钼湿度传感器的缺点，本发明的目的在于提供一种具有较高灵敏度，快速响应，室温运行且较低功耗的特点的二硫化钼/纳米金刚石复合湿度传感器及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种二硫化钼/纳米金刚石复合湿度传感器制备方法，包括以下步骤：

1)将0.5mmol钼酸铵和10～25mmol硫脲溶解于去离子水中，超声搅拌30～60分钟；得到均匀的溶液，将5～50mg的纳米金刚石加入上述溶液中，继续超声搅拌30～50分钟，随后将得到的混合溶液转移到高温反应釜中，在120～200℃下通过水热法反应6～18小时，之后自然冷却至室温；用去离子水和/或无水乙醇洗涤3～5次，最后在1500～3000rpm转速下离心处理5～20分钟，将得到的二硫化钼/纳米金刚石复合分散液保存待进一步使用；

2)在硅衬底上生长二氧化硅作为绝缘层，再通过真空镀膜法在所述二氧化硅绝缘层上通过光刻和刻蚀方法形成第一电极和第二电极，得到电极基片，将所述电极基片清洗干净待进一步使用；

3)取1.0～8.0微升步骤1)所制备的二硫化钼/纳米金刚石复合分散液涂覆到上述步骤2)中得到的电极基片表面，将所述涂覆有二硫化钼/纳米金刚石复合分散液的电极基片置于氮气中干燥6～24小时，得到覆盖有二硫化钼/纳米金刚石薄膜的电极基片；

4)通过测量步骤3)所述的覆盖有二硫化钼/纳米金刚石复合薄膜的电极基片的第一电极和第二电极之间的电容变化来测量湿度。

作为优选方式，步骤1)中所述的纳米金刚石粒径为5～10nm。