[发明专利]一种紫磷烯基湿敏传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种紫磷烯基湿敏传感器及其制备方法和应用，属于湿敏传感器技术领域。该湿敏传感器由紫磷烯/石墨烯异质结和位于紫磷烯/石墨烯异质结表面的电极组成。本发明通过采用真空抽滤法将不同量的紫磷烯和石墨烯薄膜制备成异质结，在紫磷烯/石墨烯异质结上涂上导电银胶并接银线，制备成紫磷烯基湿敏传感器，并组装了湿敏测试平台，采用饱和盐溶液配置不同湿度，在湿度相对稳定的条件下进行灵敏度检测实验。本发明制得的紫磷基湿敏传感器响应时间短，湿度灵敏性高，对湿度的感应较明显。

技术领域

本发明属于湿敏传感器技术领域，具体涉及一种紫磷烯基湿敏传感器及其制备方法和应用。

背景技术

紫磷又称希托夫磷，是一种层状单质磷结构且具有独特的电子和光电特性。西安交通大学张锦英课题组于2019年首次报道了毫米级紫磷单晶的合成、表征和剥离过程。其研究表明紫磷的空穴迁移率上限位于3000-7000cm² V^-1s^-1之间，且紫磷的分解温度比黑磷高52℃，是目前已知的最稳定的磷同素异形体。同时，对紫磷进行剥离处理可得到紫磷烯，紫磷烯作为二维材料，其高比表面积、化学活性位点多、电学性能可调等性能，使其更适合作为湿敏材料。相比于其他低维材料，其2.54eV的直接带隙大于黑磷和半金属石墨烯，也赋予了它更宽广的应用空间。紫磷类比低维电子材料的石墨烯和黑磷，具备性能优异、稳定性高、制备成本低，极有可能为电子信息传感领域的研究带来突破性进展。

迄今尚未有报道紫磷烯作为湿敏材料来制备紫磷烯基湿敏传感器的方法，限制了其在传感领域的发展。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种紫磷烯基湿敏传感器及其制备方法和应用，以填补目前紫磷烯作为湿敏材料来制备紫磷烯基湿敏传感器的方法这一空白，进而推进紫磷烯在传感领域的发展。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种紫磷烯基湿敏传感器，由紫磷烯/石墨烯异质结和位于紫磷烯/石墨烯异质结表面的电极组成；所述紫磷烯/石墨烯异质结的厚度为2-10nm。

优选地，所述紫磷烯/石墨烯异质结中紫磷烯与石墨烯质量比为(0.1-3)：0.05。

优选地，所述紫磷烯/石墨烯异质结中石墨烯层数为4-10层，面积为1-2.25cm²。

优选地，所述紫磷烯/石墨烯异质结表面的电极为银胶银线，其长度与石墨烯边长等长，宽度为1-5mm。

本发明还公开了一种紫磷烯基湿敏传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，利用真空抽滤法将石墨烯与紫磷烯复合制成紫磷烯/石墨烯异质结；

步骤2，对紫磷烯/石墨烯异质结进行退火预处理，然后在紫磷烯/石墨烯异质结上涂上导电银胶并接银线作为电极，制备成紫磷烯基湿敏传感器。

优选地，步骤1中，所述真空抽滤法的真空度为-0.1～-1MPa，抽滤时间为10-30min。

优选地，步骤1中，所述石墨烯采用化学气相沉积法制备得到，以甲烷为碳源，在铜箔基底上生长4-10层的石墨烯；

优选地，步骤1中，所述紫磷烯采用超声法和激光剥离法制备得到，将块体紫磷分散于乙二醇中，在超声功率为30％下破碎10h后，利用连续激光轰击紫磷分散液得到紫磷烯。

优选地，步骤2中，所述退火预处理温度为200℃，时间为3h。

优选地，步骤2中，所述紫磷烯基湿敏传感器采用饱和盐溶液配置不同的湿度，测试其传感性能；