[发明专利]一种基于碳纳米管阵列的柔性红外传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米材料合成和柔性红外传感器制备领域，具体涉及一种基于碳纳米管阵列的柔性红外传感器及其制备方法。

背景技术

红外传感器现已广泛应用于无创血糖监测、心率监测、智能家居控制以及红外成像等领域。目前，随着越来越多可穿戴或者可卷绕设备的广泛使用，对于可弯曲传感器的需求越来越迫切，对柔性传感器的研究也越来越受到研究者的重视。与传统的红外传感器相比，柔性红外传感器不仅需要红外敏感材料具有良好的红外响应，更重要的是需要应用于柔性红外传感器的材料在弯曲的状态下仍然保持良好的性能。

碳纳米管是一种特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本都封口)的一维量子材料，具有优异的力学、电学、化学和机械性能、重量轻等优点，受到了人们极大的关注。近年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。由于碳纳米管的电子特性主要是由其原子排列的结构决定，所以其受力的变化或化学吸附的变化都会对电导率产生影响，其变化值可由电流信号检测，这些性质使得碳纳米管可作为传感器。同时改变碳纳米管的直径和掺杂状态，可以调节其带隙在几到几百meV内变化，而红外光(1～15μm)波段的能量范围是1.24eV～83meV，与碳纳米管的禁带宽度相近，因此从理论上说，碳纳米管可用作红外传感器。目前，已有采用碳纳米管或碳纳米管复合材料作为敏感材料制备红外传感器，但是，由于该传感器是通过测试碳纳米管在红外照射下电阻的变化，故需要在碳纳米管两端外加电压或者电流源才能测量。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种基于碳纳米管阵列的柔性红外传感器及其制备方法。该柔性红外传感器采用P型碳纳米管阵列和N型碳纳米管阵列组成的P-N结作为红外敏感材料，当器件受到红外光照射时，可通过测试P-N结开路电压来表征红外响应，降低了功耗，无需使用电压或电流源表，方便使用，且该柔性传感器可重复弯曲而不影响器件的性能，具有良好的稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种基于碳纳米管阵列的柔性红外传感器，包括衬底和位于衬底之上的红外敏感材料，所述红外敏感材料为P型碳纳米管阵列和N型碳纳米管阵列形成的P-N结，所述P型碳纳米管阵列和N型碳纳米管阵列上均设置有电极。

进一步地，所述衬底为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，所述P型碳纳米管阵列和N型碳纳米管阵列上设置的电极为银电极，通过导电银浆固化得到。

上述基于碳纳米管阵列的柔性红外传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：配制质量浓度为0.08g/mL的聚甲基丙烯酸甲酯的苯甲醚溶液；

步骤2：采用浮动催化化学气相沉积法分别制备P型碳纳米管阵列和N型碳纳米管阵列；

步骤3：在步骤2得到的带P型碳纳米管阵列的基片上滴步骤1配制的聚甲基丙烯酸甲酯的苯甲醚溶液至全部覆盖基片止，放入烘箱中烘干，待聚甲基丙烯酸甲酯凝固后，将其从基片上剥离，得到带P型碳纳米管阵列的聚甲基丙烯酸甲酯，然后将带P型碳纳米管阵列的聚甲基丙烯酸甲酯紧密贴合在步骤2得到的带N型碳纳米管阵列的基片上以保证P型碳纳米管阵列和N型碳纳米管阵列间无缝隙，滴步骤1配制的聚甲基丙烯酸甲酯的苯甲醚溶液至全部覆盖基片止，放入烘箱中烘干，待聚甲基丙烯酸甲酯凝固后，将其从基片上剥离，即在聚甲基丙烯酸甲酯上得到层叠的P型碳纳米管阵列和N型碳纳米管阵列；

步骤4：在步骤3得到的P型碳纳米管阵列和N型碳纳米管阵列上制备电极。

进一步地，步骤3中所述将滴有聚甲基丙烯酸甲酯的苯甲醚溶液烘干时的温度为150℃，烘干时间为20min；步骤4中所述在P型碳纳米管阵列和N型碳纳米管阵列上制备的电极为银电极，通过导电银浆固化得到。

上述基于碳纳米管阵列的柔性红外传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：配制质量浓度为0.08g/mL的聚甲基丙烯酸甲酯的苯甲醚溶液；

步骤2：采用浮动催化化学气相沉积法分别制备P型碳纳米管阵列和N型碳纳米管阵列；