[发明专利]一种室温检测NH3的气体传感器的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于基于柔性衬底的气体传感器技术领域，特别是一种通过高温煅烧得到的可室温下检测NH₃的α-Fe₂O₃-ZnO敏感膜，并用化学刻蚀的方法将该敏感膜从SiO₂基片上分离下来，转移至柔性衬底的电极表面，从而制得能够室温检测NH₃的气体传感器。

背景技术

随着科学的发展，传感器的应用日渐开阔，制造出一种轻便，廉价，可大面积制造的传感器势在必行。基于柔性衬底的气体传感器由于其柔韧性等种种优点而使很多问题得到根本性的改善，从而使其具有更加开阔的应用前景。另外由于其耐热性的限制，在制备过程中应尽量避免高温煅烧。

氨气对口、鼻膜及上呼吸道有很强的刺激作用，对环境有着巨大的危害。因此，精确检测空气中氨气的浓度具有十分重要的意义。目前监测氨气的气敏传感器已被广泛运用于市政、消防、燃气、石油、化工、储运等行业。传统的传感器设计是以氧化铝陶瓷片或者氧化铝陶瓷管为基底，需要在加热条件下工作。随着物联网的快速发展，设计便携式、低功耗的传感器受到广泛的关注，以往需要加热下工作的传感器已不能满足低功耗的要求。从而，制作一种常温、便携的传感器具有十分重要的意义。

近年来，基于柔性衬底的气体传感器，采用柔韧、轻便、廉价的聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为衬底，在衬底表面制作电极，在电极表面沉积适用于室温下检测气体的敏感膜，从而可较好的满足传感器的便携、低功耗等需求。因此，制备一种能够在室温检测NH₃的气体传感器成为一项非常重要的任务。

日前，用α-Fe₂O₃-ZnO作为敏感材料，通过旋涂、滴涂、浸涂或丝网印刷等方式将此材料涂覆在SiO₂基片上，干燥蒸发掉涂层中的溶剂。然后高温煅烧，得到α-Fe₂O₃-ZnO敏感膜，利用HF酸刻蚀掉下层的SiO₂，将敏感膜与衬底分离。在柔性衬底的电极表面涂覆一层导电银浆，将敏感膜与柔性衬底结合起来，从而制得室温检测NH₃的柔性气体传感器，不仅满足了柔性传感器的需求，而且可在室温下对NH₃气体进行检测。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种基于柔性衬底的在常温下检测NH₃的气体传感器的制作方法，以解决无机敏感膜成膜不均的问题，达到敏感材料成膜均匀，与柔性衬底之间粘合牢固的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种室温检测NH₃的气体传感器的制作方法，包括：在柔性衬底表面制作金属电极；制作α-Fe₂O₃-ZnO敏感膜；以及将α-Fe₂O₃-ZnO敏感膜与柔性衬底具有金属电极的表面结合，形成在室温检测NH₃的气体传感器。

上述方案中，所述在柔性衬底表面制作金属电极，包括：清洗柔性衬底，在该柔性衬底表面涂敷光刻胶，并对该光刻胶进行光刻，刻掉柔性衬底表面用于形成金属电极处的光刻胶，在柔性衬底表面形成电极图形；接着采用电子束蒸发在具有电极图形的柔性衬底上依次沉积Cr膜和Au膜；最后剥离光刻胶及光刻胶上的Cr膜和Au膜，形成表面具有金属电极的柔性衬底。所述柔性衬底包括PI、PET或PEN。所述在柔性衬底表面涂敷的光刻胶为正胶，包括9920或3220。

上述方案中，所述制作α-Fe₂O₃-ZnO敏感膜，包括：

混合工序：将FeSO₄·7H₂O、CO(NH₂)₂溶于水，在转速为10-180转/分钟的磁力搅拌下，将上述溶液搅拌3分钟至4小时，得到混合溶液；

反应工序：将得到的混合溶液在0℃至180℃下回流0.5小时至36小时，然后将沉淀物离心、洗涤及干燥，得到α-Fe₂O₃的前驱体；

煅烧工艺：将得到的α-Fe₂O₃的前驱体在300℃至1000℃煅烧0.5小时至4小时，并自然冷却到室温；