[发明专利]一种基于MoO3

说明书

本发明公开一种基于MoO₃纳米带修饰石墨烯的室温FET型氢气敏感元件的制备方法及应用，属于无机纳米功能材料技术领域，其主要步骤包括：A：水热法制备MoO₃纳米带粉末；B：用磁控溅射法制备FET型氢敏元件的源极、漏极和栅极；C：采用喷涂成膜法将配置好的MoO₃纳米带混合液喷涂到源漏电极的中心部位；D：退火处理。本发明中采用对氢气敏感的MoO₃纳米带修饰在石墨烯表面，可以明显的提高石墨烯基传感器的性能，因此在氢气的检测过程中，有很大的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于MoO₃纳米带修饰石墨烯的室温FET型氢气敏感元件的制备方法，属于无机纳米材料领域。

背景技术

氢气(H₂)作为清洁能源成为化石燃料理想的替代品，在工业生产和人们的生活中具有广泛的应用，但氢气是一种分子小、易扩散、易燃易爆的气体，在生产、运输、存储及使用过程中极易发生泄漏，很难被人察觉，室温下在空气中的爆炸浓度极限为4.65％，具有很大的安全隐患。由此可见，采用可靠的气体传感器监测氢气尤为重要。目前，用于氢气检测的传感器类型主要包括半导体电阻型和二维纳米材料FET型，半导体电阻型氢气传感器成本低廉、响应快，但是其工作温度一般在200℃以上，过高的温度对于氢气来讲，是一个非常大的安全隐患，而二维纳米材料FET型氢气传感器由于其与IC工艺兼容性好、导电性和稳定性好、栅压可控性好等优点成为研究人员关注的焦点。

在众多的二维纳米材料中，石墨烯由于其比表面积大、电子迁移率高、化学稳定性好成为氢气传感器的研究重点，但石墨烯对气体的选择性较低，近年来，石墨烯基氢气传感器性能的优化主要通过在其表面修饰功能材料，2019年韩国首尔国立大学的Yeonhoo Kim等人用沉积方式在石墨烯微通道修饰金，实验发现通过修饰贵金属使得器件对氢气的响应提高0.1％，但此类产品制备过程复杂，检测所需电压要达到60V，才能达到提高的目的，功耗过大，限制了其实际应用。所以探究制作简单，功耗低的安全可靠氢气传感器尤为重要。

正交相MoO₃材料具有层状结构，采用水热合成方法可获得具有超高长径比的超长单晶纳米带，对氢气有很好的灵敏性，利用这种超长纳米带构建敏感层，可以提高器件对氢气的选择性，为此本发明采用一种简单且合理的设计，运用 MoO₃纳米带作为气体检测的活性元素，石墨烯则用于随后的电子转移，组装成既有与氢气反应的活性元素又有载流子传输通道的器件，可用于研制高性能的室温氢气传感器。本发明中的一种基于MoO₃纳米带修饰石墨烯的室温FET型氢气敏感元件的制备方法，未见于已公开的文献和专利技术中。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种基于MoO₃纳米带修饰石墨烯的室温FET型氢气敏感元件的制备方法与应用。该类型的设计采用MoO₃纳米带作为石墨烯表面的敏感层，与氢气发生反应之后的载流子则由石墨烯作为传输通道，可以有效地优化石墨烯基氢气传感器的性能。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种基于MoO₃纳米带修饰石墨烯的室温FET型氢气敏感元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：氧化钼纳米带的制备

首先在聚四氟乙烯反应釜中加入去离子水，然后将双氧水加入到去离子水中，在冰浴下边搅拌边将钼粉缓慢加入，待溶液由墨绿色变为橘黄色，继续搅拌 30～60min，最后将聚四氟乙烯反应釜放到金属反应外壳中并置于水热烘箱在 170℃～200℃下保温36～72h，待反应完成过后，将所得产物用去离子水和无水乙醇清洗至中性并烘干，得到外观为白色粉末状的氧化钼纳米带；

步骤2：电极的制备