[发明专利]一种用于监控微生物生长的二氧化碳传感器及其制备方法

说明书

本发明一种用于监控微生物生长的二氧化碳传感器及其制备方法，属于二氧化碳传感器及其制备方法技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种用于监控微生物生长的二氧化碳传感器硬件结构的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：在蓝宝石衬底上外延生长n型氮化镓层，采用一系列电极制备工艺在氮化镓外延片上沉积Ti/Al/Pt/Au电极，后通过液相剥离黑磷以及对黑磷进行功能化改性制备BP‑PEI层，获得了高灵敏度、可实时操作的小型化二氧化碳气体传感器；本发明二氧化碳传感器性能稳定，对二氧化碳气敏性能良好且价格低廉，尺寸小，检测方式简单，同时具有一次性，无污染等优点；本发明应用于监控微生物生长。

技术领域

本发明一种用于监控微生物生长的二氧化碳传感器及其制备方法，属于二氧化碳传感器及其制备方法技术领域。

背景技术

微生物在生长过程中，不断的与外界发生物质和能量的交换，可以通过对微生物培养箱的PH ，耗氧速率，二氧化碳含量来监控其生长过程。生物培养箱是一个长期密封的装置，培养基的成分和气体浓度相对于初始状态会有变化，不同气体环境下，微生物的生长速率和代谢产物都会随之改变。现今微生物生长曲线监测需求非常普遍，为了监控微生物的生长情况，需要对气体成分进行频繁的检测，同样检测二氧化碳的浓度对微生物的生长有重要的意义。

传统的二氧化碳传感器使用红外吸收检测技术，红外光线穿过被测气体后的光强衰减满足朗伯-比尔 (Lambert-Beer) 定律。因此，可以通过测量气体对红外光线的衰减来测量气体浓度，但基于此技术制备的二氧化碳传感器价格昂贵，技术不成熟，后期维护费用高、体积相对较大，利用率低，导致其使用受限。因此，亟须开发一种体积小，无污染的二氧化碳传感器。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种用于监控微生物生长的二氧化碳传感器硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于监控微生物生长的二氧化碳传感器，氮化镓基材料与新型二维材料黑磷、支链聚乙烯亚胺复合的新型二氧化碳传感器，具体包括在蓝宝石衬底上生长的 n 型氮化镓薄层，所述n 型氮化镓薄层上磁控溅射沉积有Ti/Al/Pt/Au电极层，所述n 型氮化镓薄层上设置有黑磷-支链聚乙烯亚胺薄层。

所述n 型氮化镓薄层掺杂有浓度1×10¹⁸ cm^-3-9×10¹⁸cm⁻³的硅。

所述Ti/Al/Pt/Au电极层的厚度总和为45nm-55nm，每层电极的厚度为10nm-15nm。

所述黑磷-支链聚乙烯亚胺薄层包括二维黑磷单层及多层纳米片，所述二维黑磷单层及多层纳米片的厚度为1nm-20nm、长度为500nm-50µm。

所述黑磷-支链聚乙烯亚胺薄层由黑磷粉末和聚乙烯亚胺溶液组成，所述黑磷粉末和聚乙烯亚胺溶液的体积比例为3：5。

一种用于监控微生物生长的二氧化碳传感器的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：在蓝宝石衬底上外延生长掺杂硅的n 型氮化镓外延片；

步骤二：在n 型氮化镓外延片的表面通过PECVD方法沉积SiO2层，甩光刻胶后放置掩膜版，利用曝光、显影工艺，制备原位掩模版；

采用磁控溅射技术在n 型氮化镓外延片表面沉积Ti/Al/Pt/Au电极，使其与氮化镓外延片之间形成欧姆接触；

步骤三：以单晶黑磷为原料，采用简单的液相剥离法将其剥离成1-20 nm 厚的二维薄层黑磷单层及多层微纳米片；

利用细胞超声破壁机产生的超声能量剥离单晶BP，以二乙二醇二甲醚为插层溶剂，使单晶BP膨胀分层，并产生BP二维薄层材料；

步骤四：取用二维薄层BP薄片，然后将mw=600的聚乙烯亚胺加入去离子水中，使用磁力搅拌器使其均匀混合；