[发明专利]一种基于三维纳米管的气体传感器、制造方法及其应用

说明书

本发明涉及一种基于三维纳米管的气体传感器、制造方法及应用，所述方法包括：将三维纳米管阵列贯穿阳极氧化铝薄膜并且允许气体从三维纳米管的两端流通，阳极氧化铝薄膜第一表面的第一电极和其第二表面的第二电极之间设置有以三维纳米管为基底且沉积有气敏材料的传感区域，至少一个第一电极与至少一个第二电极构成设置在所述传感区域两端的电极对，其中，所述三维纳米管传感器阵列中的不同传感区域的气敏材料表面设置有不同的金属纳米颗粒修饰，从而一个传感区域具有至少两种气体灵敏度。本发明将结合打线接合技术及上下交叉电极技术，集成三维纳米管阵列，完成上下电极的引出，实现了能够同时探测多种气体的三维纳米管传感器阵列。

本发明是申请日为2020年7月21日，申请号为202010709099.8，申请名称为一种三维纳米管气体传感器阵列及其封装方法，申请类型为发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及智能传感技术领域，尤其涉及一种基于三维纳米管的气体传感器、制造方法及其应用。

背景技术

三维双通纳米管基底，以双通阳极氧化铝(Free-standing Anodized AluminumOxide)薄膜为代表，在气体传感器，光电传感器，发光二极管，太阳能电池，可变电阻式记忆体等领域有着广泛的应用前景。特别在气体传感器领域，配合在管壁上沉积纳米尺寸的气敏材料薄膜，可达到极高的比表面积，并实现在室温下的高灵敏度快速探测，无需时刻保持一个较高的工作温度。特别地，通过选择不同的气敏材料电极，可在单块三维纳米管基底上实现多个传感器的集成，而将此三维纳米管气体传感器阵列进行芯片集成，将可实现高密度的传感器阵列数据读取。

现有的气体传感器阵列多为平面结构，通过将多个叉指电极(Finger Electrode)或多个源漏电极对(Source-Drain Electrode Pair)集成在单块基底上，并沉积不同的气体传感器材料，配合打线接合，可将传感器阵列的信号引出至芯片载体上。例如文献Solid-state electronics，Vol.51，no.1，p.69-76(2007)和Sensors and Actuators B，Vol.247，903-915(2017)公开的技术方案。

现有的气体传感器阵列封装工艺仅针对平面气敏材料薄膜，与三维纳米管结构尚不兼容。薄膜气敏材料的电极为共面电极，而三维纳米管传感器的电极为上下电极，并不共面，因此目前的封装工艺无法运用到三维纳米管传感器的封装上。

例如，中国专利CN108614009A公开了一种管状轮辐式纳米管阵列载体气体传感器的制造方法、传感器及其应用。传感器制造方法包括以下主要工序步骤：铂丝绕制线圈→酸碱表面处理→形状定型→裁剪引线→管状模具设计→模具加工→模具表面喷涂→模具加热→熔融金属铝→注入模具→真空抽吸→脱模钻孔→电化学原位生长→高温热处理→浸硝酸铝溶液→修饰铂钯催→浸渍硝酸铅溶液→高温热分解→引线焊接封装→气体传感器，该方法制得的管状轮辐式纳米管阵列中的纳米管材料的封装方式为：将管状轮辐式纳米管阵列封装在隔离的开孔的管壳内，形成一种管状轮辐式纳米管阵列载体气体传感器，其没有将三维纳米管材料进行直接封装。

中国专利CN109781686A公开了一种用于人体呼吸气体检测的纳米传感器阵列，纳米传感器阵列包括由不同纳米材料复合薄膜制成的若干个纳米气体传感器，其特征在于：所述纳米气体传感器成阵列分布，且若干个纳米气体传感器分别有TGS822传感器、TGS825传感器、TGS826传感器和TGS2602传感器。该用于人体呼吸气体检测的纳米传感器阵列，量子荧光点用作光学传感应用的光学指示器，即用于化学汽相检测、分类和识别，为每个目标气体建立了独特的联合响应，使用这种独特的组合响应阵列传感器，可以检测气体，并对气体进行定性定量分析及判断。该专利虽然通过量子荧光点来提高提起成分的敏感性以及定量的检测，但是其封装结构并没有进行改进。即，当前纳米传感器阵列的封装结构依然没有改进。