[发明专利]CVD石墨烯温度传感器、传感系统及温度传感器制备方法

权利要求书

1.一种基于CVD石墨烯温度传感器的传感系统，其特征在于：包括激光器(1)、入射光纤(2)、CVD石墨烯温度传感器(10)、出射光纤(11)、光谱分析仪(4)和计算机(5)，激光器(1)发出的激光经过入射光纤(2)照射到CVD石墨烯温度传感器(10)的表面，所述CVD石墨烯温度传感器(10)反射激光信号经过出射光纤(11)传输至光谱分析仪(4)中，光谱分析仪将产生的数据信号传送至计算机(5)中；

所述CVD石墨烯温度传感器为层状结构，自下而上依次包括刚性导热衬底层(6)、石墨烯层(7)、三氧化二铝缓冲层(8)和三氧化二铝保护层(9)。

2.根据权利要求1所述的基于CVD石墨烯温度传感器的传感系统，其特征在于：所述石墨烯层(7)的尺寸小于所述刚性导热衬底层(6)的尺寸，所述三氧化二铝缓冲层(8)的尺寸大于石墨烯层(7)的尺寸，所述三氧化二铝缓冲层(8)覆盖所述石墨烯层(7)，并包覆所述石墨烯层(7)的四围。

3.根据权利要求1或2所述的基于CVD石墨烯温度传感器的传感系统，其特征在于：所述石墨烯层(7)为单层或2-5层，厚度为0.3～2nm，所述三氧化二铝缓冲层(8)的厚度为1～3nm，所述三氧化二铝保护层(9)的厚度为5～50nm。

4.根据权利要求1或2所述的基于CVD石墨烯温度传感器的传感系统，其特征在于：所述刚性导热衬底层(6)的长度为5～30mm，宽度为5～30mm，所述石墨烯层(7)的长度为5～20mm，宽度为5～20mm。

5.一种CVD石墨烯温度传感器的制备方法，所述CVD石墨烯温度传感器应用于权利要求1所述的传感系统中，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将纯度99％以上厚度20～50μm的铜箔，经盐酸溶液浸泡处理后烘干；

(2)利用化学气相沉积法在铜箔上生长石墨烯；

(3)将铜箔转移至刚性导热衬底上；

(4)在转移有石墨烯的刚性导热衬底上用射频溅射法生长一层铝，然后置于空气中使其自氧化形成三氧化二铝缓冲层；

(5)在自氧化形成的三氧化二铝缓冲层上用原子层沉积法生长一层三氧化二铝保护层即得所述CVD石墨烯温度传感器。

6.根据权利要求5所述的CVD石墨烯温度传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)利用化学气相沉积法在铜箔上生长石墨烯，具体为：将铜箔在950℃～1030℃的H₂气氛中预热30min，然后通入H2和CH4混合气体，H₂流量为40～80sccm，CH₄流量为10～20sccm；950℃～1030℃下生长10～30min后，关闭CH₄，H₂气氛下冷却至室温，在铜箔上得到单层或双层石墨烯。

7.根据权利要求5所述的CVD石墨烯温度传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)将铜箔转移至刚性导热衬底上，具体为：将生长有石墨烯的铜箔裁剪，旋涂一层PMMA，厚度范围在1～5000nm之间，烘烤温度在50～300℃之间，烘烤时间在10～1000s，置于0.01～1.0mol/L的FeCl₃水溶液腐蚀，腐蚀时间1～12h，至铜箔完全溶解，去离子水中清洗1～10次，之后转移至预先准备好的刚性导热衬底中间，在40～200℃下烘10～1000分钟后，置于丙酮中溶解PMMA，然后乙醇、水清洗，烘干。

8.根据权利要求5所述的CVD石墨烯温度传感器的制备方法，其特征在于：

所述步骤(4)在转移有石墨烯的刚性导热衬底上用射频溅射法生长一层铝，然后置于空气中使其自氧化形成三氧化二铝缓冲层，具体为：利用射频溅射法在转移有石墨烯的刚性导热衬底上生长1-2nm铝，溅射功率2～200W，溅射时间1～6000s，溅射气氛应包括Ar、N₂、He、H₂，气压0.25～5.0Pa；然后置于空气中1～2天，使其自氧化，得到1～2nm的三氧化二铝缓冲层，以便三氧化二铝保护层的形核生长；

所述步骤(5)在自氧化形成的三氧化二铝缓冲层上用原子层沉积法生长一层三氧化二铝保护层即得所述CVD石墨烯温度传感器，具体为：用原子层沉积法生长一层10～50nm三氧化二铝保护层，所用铝源为三甲基铝，本底气压300mTorr，沉积温度50～250℃，沉积周期40～500个生长周期。