CN106770466A - 一种氧化铁量子点增强的气体传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器及其制备方法，该石墨烯/氧化锡气体传感器自下而上依次有衬底、导电镀膜层、氧化锡层、石墨烯层及氧化铁量子点层，所述的气体传感器还设有第一电极和第二电极，第一电极设置在导电镀膜层上，第二电极设置在石墨烯层上。其制备方法如下：先在衬底上沉积导电镀膜层，再沉积氧化锡层；然后将石墨烯转移至氧化锡层上；在石墨烯层上制备氧化铁量子点层；最后在石墨烯层及导电镀膜层上分别制作电极，获得气体传感器。本发明的氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器利用氧化铁量子点引入的掺杂效应来获得具有高转化效率的石墨烯/氧化锡气体传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型气体传感器及其制造方法，尤其涉及氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器及其制备方法，属于气体传感器技术领域。
背景技术
纳米材料具有比表面积大、电学性质对表面吸附敏感等特点，将纳米技术应用于传感领域，有望制备出响应速度快、灵敏度高、选择性好的传感器件。半导体金属氧化物，尤其是氧化锡基纳米材料，由于其优越的光学、电学和气体传感特性而受到了广泛的关注。研究表明，掺杂能够进一步提高氧化锡基纳米材料的气体传感性能。虽然氧化锡基气体传感器已经取得了一定的成就，但是其灵敏度和选择性仍需进一步提高。减小粒子的尺寸和增加材料的比表面积是提高灵敏度和选择性的关键所在。
2004年，英国曼彻斯特大学的Geim和Novosolevo制备出单原子片层、具有蜂窝状晶格结构的石墨烯。由于其典型的二维结构，石墨烯具有超高的比表面积、电导率对表面吸附敏感等优点。近期研究发现，石墨烯可应用于制备气体传感器并且对水蒸气、一氧化碳、氨气和二氧化氮气体具有良好的响应性。但是，石墨烯传感器对一些危险性气体的探测，如甲烷，至今尚未发现报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气体探测效率高且制备工艺简单的氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器及其制备方法。
本发明的氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器，自下而上依次有衬底、导电镀膜层、氧化锡层、石墨烯层及氧化铁量子点层，所述的气体传感器还设有第一电极和第二电极，第一电极设置在导电镀膜层上，第二电极设置在石墨烯层上。
所述的导电镀膜层可以为金属、ITO、FTO、n型掺杂氧化铁或p型掺杂氧化铁。
所述的石墨烯层中的石墨烯通常为1-10层。
所述的氧化铁量子点层可以为氧化铁量子点薄膜，所述的氧化铁量子点直径为1nm-1μm。
所述的衬底可以为刚性衬底或柔性衬底。
所述的第一电极和第二电极均可为金、钯、银、钛、铬和镍中的一种或几种的复合电极。
制备上述的氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器的方法，包括如下步骤：
1)在洁净的衬底上生长导电镀膜层；
2)在导电镀膜层上沉积氧化锡层，并在导电镀膜层表面预留生长第一电极的面积；
3)将硼掺杂石墨烯转移至氧化锡层上；
4)在石墨烯层上制作氧化铁量子点层，并在石墨烯层表面预留生长第二电极的面积；
5)在导电镀膜层上沉积第一电极，并在石墨烯层上沉积第二电极。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明的氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器，通过向石墨烯/氧化锡气体传感器中加入氧化铁量子点薄膜层，可起到光掺杂作用，使得该气体传感器的探测效率在原基础上提升10％左右，此外，与传统气体传感器制造工艺相比，本发明的气体传感器的制备工艺简单，成本较低，便于推广。
附图说明
图1图1为氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
参照图1，本发明的氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器自下而上依次有衬底1、导电镀膜层2、氧化锡层3、石墨烯层4及氧化铁量子点层6，所述的气体传感器还设有第一电极5和第二电极7，第一电极5设置在导电镀膜层2上，第二电极7设置在石墨烯层4上。
实施例1：
1)将聚酰亚胺柔性衬底在去离子水中清洗干净并吹干；
2)在聚酰亚胺柔性衬底上利用磁控溅射沉积40纳米厚的掺铟氧化锡；
3)在掺铟氧化锡层上利用物理气相沉积技术沉积6微米厚的氧化锡层，并在ITO层上预留生长第一电极的面积；
4)将单层石墨烯转移至氧化锡层上；
5)在石墨烯上旋涂氧化铁量子点溶液，并在石墨烯上预留生长第二电极的面积；所述氧化铁量子点直径为1nm-1μm；
6)在石墨烯预留面积处以及ITO层上预留面积处涂覆银浆并烘干；得到氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器。
气体通入情况下在氧化铁量子点和氧化锡层中产生的电子均向石墨烯中注入，而氧化锡层收集空穴，从而产生电势差，由于氧化铁量子点层的光掺杂作用可显著提高气体传感器的探测效率。
实施例2：
1)将玻璃衬底在去离子水中清洗干净并吹干；
2)在玻璃衬底上利用磁控溅射沉积200纳米厚的掺氟氧化锡；
3)在掺氟氧化锡层上利用物理气相沉积技术沉积8微米厚的氧化锡层，并在FTO层上预留生长第一电极的面积；
4)将三层石墨烯转移至氧化锡层上；
5)在石墨烯上喷涂氧化铁量子点溶液，并在石墨烯层上预留生长第二电极的面积；所述氧化铁量子点直径为1nm-1μm；
6)在石墨烯层预留面积处以及掺氟氧化锡层上预留面积处热蒸发金电极；得到氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器。
实施例3：
1)将陶瓷衬底在去离子水中清洗干净并吹干；
2)在陶瓷衬底上利用电子束蒸发沉积60纳米厚的镍金属；
3)在镍金属层上利用化学水浴法沉积5微米厚的氧化锡层，并在镍金属层上预留生长第一电极的面积；
4)将10层石墨烯转移至氧化锡层上；
5)在石墨烯上制备氧化铁量子点薄膜，并在石墨烯层上预留生长第二电极的面积；
6)在石墨烯层预留面积处以及镍金属层上预留面积处丝网印刷银电极；得到氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器。
实施例4：
1)将陶瓷衬底在去离子水中清洗干净并烘干；
2)在陶瓷衬底上利用电子束蒸发沉积60纳米厚的镍金属；
3)在镍金属层上利用化学水浴法沉积5微米厚的氧化锡层，并在镍金属层上预留生长第一电极的面积；
4)将10层石墨烯转移至氧化锡层上；
5)在石墨烯上滴涂氧化铁量子点溶液，并在石墨烯层上预留生长第二电极的面积；所述氧化铁量子点直径为1nm-1μm；
6)在石墨烯上预留面积处以及镍金属层上预留面积处丝网印刷银电极；得到氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器。
实施例5：
1)将聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底在去离子水中清洗干净并吹干；
2)在聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底上利用脉冲激光沉积100纳米厚的掺铝氧化铁；
3)在掺铝氧化铁层上利用蒸汽压沉积技术沉积10微米厚的氧化锡层，并在掺铝氧化铁上预留生长第一电极的面积；
4)将8层石墨烯转移至氧化锡层上；
5)在石墨烯上旋涂氧化铁量子点溶液，并在石墨烯层上预留生长第二电极的面积；所述氧化铁量子点直径为1nm-1μm；
6)在石墨烯层预留面积处以及掺铝氧化铁层预留面积处热蒸发钯、银、钛复合电极；得到氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器。
实施例6：
1)将碳化硅衬底在去离子水中清洗干净并吹干；
2)在碳化硅衬底上利用金属有机化学气相沉积150纳米厚的掺铝氧化铁；
3)在掺铝氧化铁层上利用蒸汽压沉积技术沉积3微米厚的氧化锡层，并在掺铝氧化铁层上预留生长第一电极的面积；
4)将6层石墨烯转移至氧化锡层上；
5)在石墨烯上制备氧化铁量子点薄膜，并在石墨烯层上预留生长第二电极的面积；
6)在石墨烯层预留面积处以及掺铝氧化铁层预留面积处热蒸发铬、镍复合电极；得到氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器。
Claims (7)
1.一种氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器，其特征在于自下而上依次有衬底(1)、导电镀膜层(2)、氧化锡层(3)、石墨烯层(4)及氧化铁量子点层(6)，所述的气体传感器还设有第一电极(5)和第二电极(7)，第一电极(5)设置在导电镀膜层(2)上，第二电极(7)设置在石墨烯层(4)上。
2.根据权利要求1所述的氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器，其特征在于所述的导电镀膜层(2)为金属、ITO、FTO、n型掺杂氧化铁或p型掺杂氧化铁。
3.根据权利要求1所述的氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器，其特征在于所述的石墨烯层(4)中的石墨烯为1-10层。
4.根据权利要求1所述的氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器，其特征在于所述的氧化铁量子点层(6)为氧化铁量子点层，所述的氧化铁量子点直径为1nm-1μm。
5.根据权利要求1所述的氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器，其特征在于所述的衬底(1)为刚性衬底或柔性衬底。
6.根据权利要求1所述的氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器，其特征在于所述的第一电极(5)为金、钯、银、钛、铬和镍中的一种或几种的复合电极，所述的第二电极(7)为金、钯、银、钛、铬和镍中的一种或几种的复合电极。
7.制备如权利要求1～6任一项所述的氧化铁量子点增强的石墨烯/氧化锡气体传感器的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在洁净的衬底(1)上生长导电镀膜层(2)；
2)在导电镀膜层(2)上沉积氧化锡层(3)，并在导电镀膜层(2)表面预留生长第一电极(5)的面积；
3)将石墨烯转移至氧化锡层(3)上；
4)在石墨烯层(4)上制作氧化铁量子点层(6)，并在石墨烯层(4)表面预留生长第二电极(7)的面积；
5)在导电镀膜层(2)上沉积第一电极(5)，并在石墨烯层(4)上沉积第二电极(7)。
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