[发明专利]氧化铈传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化铈传感器及其制备方法，氧化铈传感器包括传感器基底和纳米气敏薄膜，传感器基底包括衬底和设置在衬底上的四个叉指电极组每个所述叉指电极组包括四个叉指电极；纳米气敏薄膜包括分别附着在所述四个叉指电极组表面的金‑氧化铈纳米气敏薄膜、银‑氧化铈纳米气敏薄膜、铂‑氧化铈纳米气敏薄膜和钯‑氧化铈纳米气敏薄膜；通过将贵金属掺杂到氧化铈材料中，可以得到在低温下具有高灵敏度的功能化材料，从而改善传统器件工作温度高的问题，基于多种氧化铈功能化材料构造气体传感器阵列，可以解决多种气体的交叉敏感问题。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种氧化铈传感器及其制备方法。

背景技术

气体的定量检测在大气环境监测、工业生产和医疗卫生领域有广泛的应用前景。就混合气体的定量检测而言，传统的气相色谱质谱法、红外吸收光谱法、光声光谱法虽然精度高，但都是成本较高的离线检测方法。基于纳米材料的气体传感器依据其体积小、成本低、便携性好、在线监测潜力大等优点，在气体检测中愈发被重视。但此类传感器存在工作温度较高的缺点，而且对于多种气体的交叉敏感问题至今没有得到很好的解决。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种氧化铈传感器及其制备方法，通过将贵金属掺杂到氧化铈材料中，可以得到在低温下具有高灵敏度的功能化材料，从而改善传统器件工作温度高的问题，基于多种氧化铈功能化材料构造气体传感器阵列，可以解决多种气体的交叉敏感问题。

根据本发明的第一方面实施例提供的一种氧化铈传感器，包括：

传感器基底，包括衬底和设置在衬底上的四个叉指电极组，四个所述叉指电极组呈2*2矩阵排列在所述衬底上，每个所述叉指电极组包括四个叉指电极；

纳米气敏薄膜，用于实现所述叉指电极之间的电连接，包括分别附着在所述四个叉指电极组表面的金-氧化铈纳米气敏薄膜、银-氧化铈纳米气敏薄膜、铂-氧化铈纳米气敏薄膜和钯-氧化铈纳米气敏薄膜，所述金-氧化铈纳米气敏薄膜、所述银-氧化铈纳米气敏薄膜、所述铂-氧化铈纳米气敏薄膜和所述钯-氧化铈纳米气敏薄膜分别为掺杂有金、银、铂、钯四种贵金属颗粒的氧化铈纳米气敏材料。

根据本发明的第二方面实施例提供的一种氧化铈传感器制备方法，包括以下步骤：

传感器基底加工：通过光刻、磁控溅射工艺在衬底上加工出电极图案，所述电极图案包括四个呈2*2矩阵排列在所述衬底上的叉指电极组，每个所述叉指电极组包括四个叉指电极；

气敏材料的制备：采用水热化学合成法制备氧化铈纳米气敏材料，并利用液相还原法将金、银、铂、钯四种贵金属颗粒分别掺杂到CeO₂中，形成金-氧化铈纳米气敏材料、银-氧化铈纳米气敏材料、铂-氧化铈纳米气敏材料和钯-氧化铈纳米气敏材料；

传感器组装：将所述金-氧化铈纳米气敏材料、所述银-氧化铈纳米气敏材料、所述铂-氧化铈纳米气敏材料和所述钯-氧化铈纳米气敏材料分别与乙醇相混溶成胶体态，四种胶体态分别滴涂在四个所述叉指电极组表面，以形成金-氧化铈纳米气敏薄膜、银-氧化铈纳米气敏薄膜、铂-氧化铈纳米气敏薄膜和钯-氧化铈纳米气敏薄膜。

根据本发明的一些实施例，所述金-氧化铈纳米气敏薄膜、所述银-氧化铈纳米气敏薄膜、所述铂-氧化铈纳米气敏薄膜和所述钯-氧化铈纳米气敏薄膜的厚度为100nm-1um。

根据本发明的一些实施例，所述衬底采用单晶硅、氮化硅或者氧化铝陶瓷作为制备材料。

根据本发明的一些实施例，所述叉指电极采用铬-金或者铬-铂作为导电材料，其中铬的厚度为50~100nm，金或者铂的厚度为100~300nm。

根据本发明的一些实施例，所述叉指电极的宽度为5~20um，相邻两个所述叉指电极的间距为5~20um。