[发明专利]一种石墨烯气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特指一种石墨烯气体传感器。

背景技术

气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置！气体传感器一般被归为化学传感器的一类，尽管这种归类不一定科学。“气体传感器”包括：半导体气体传感器、电化学气体传感器、催化燃烧式气体传感器、热导式气体传感器、红外线气体传感器、固体电解质气体传感器等。

石墨烯是一种由碳原子形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335μm，根据制备方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大约1μm左右，是除金刚石以外所有碳晶体的基本结构单元。石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体分子也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料。

目前石墨烯在气体传感器上的应用已经被广泛研究，但其中的潜力并没有被完全挖掘出来，因此基于石墨烯的气体传感器，尤其是与其它材料相结合的气体传感器还有很大的开发空间，在该领域还有很多值得发现和寻找的各种结构或结构与材料组合的气体传感器。

发明内容

本发明提供一种新型结构的基于石墨烯增强的气体传感器，它能够通过石墨烯和碳量子点加速载流子的收集，充分利用多孔气敏层来充分接触待检测气体，使得传感器的灵敏度得到很大的提升，本发明提供的一种石墨烯气体传感器，包括气体传感层、电极、衬底，所述气体传感层包括气敏层、石墨烯层和碳量子点层，所述气敏层下方设置有石墨烯薄膜，所述气敏层由多孔状气敏材料形成薄层；所述石墨烯薄膜上表面具有碳量子点层，所述碳量子点的粒径小于10纳米，所述碳量子点层包括均匀分布在石墨烯薄膜上的碳量子点，碳量子点与四周碳量子点的距离保持在10-500纳米之间；所述气体传感层叠置在所述衬底上，所述石墨烯薄膜接触所述衬底表面；所述气敏层上方还包括透明导电氧化物细栅线，所述透明导电氧化物细栅线之间的间距大于1微米，作为石墨烯气体传感器的上电极；所述石墨烯层作为石墨烯气体传感器的下电极。

进一步地，所述气敏层的材料为氧化锡、氧化锰、氧化镍、氧化锌或者氧化钛中的一种或者多种材料，所述气敏层的厚度范围为10-100微米。

进一步地，所述气敏层通过在堆叠的PS微球上溅射形成，溅射完成后通过烧结去除PS微球。

进一步地，所述PS微球的粒径范围是5-35微米。

进一步地，所述碳量子点层均匀分布在所述石墨烯薄膜上，并且接触所述气敏层浸泡在硅量子点溶液中。

进一步地，在烧结去除PS微球后还将气敏材料层。

进一步地，所述衬底的表面具有绝缘层，所述石墨烯薄膜作为气体传感器的探测电极连接端。

进一步地，所述衬底的绝缘表面和所述石墨烯层之间还具有热传导层。

进一步地，所述热传导层为金属层，所述金属层的材料为铜或银。

进一步地，所述热传导层和所述石墨烯层同时作为石墨烯气体传感器的下电极。

本发明将气敏层、石墨烯层和碳量子点层的复合层作为气体传感器中的气敏层，气敏层为多孔状气敏材料形成薄层，这样通过石墨烯和石墨烯层上的碳量子点层对气敏材料中生成的载流子进行收集，通过碳量子点改善了收集效率，同时充分利用多孔气敏层来充分接触待检测气体，使得传感器的灵敏度得到很大的提升，属于一种新型的结构与材料组合的气体传感器。

附图说明

图1是本发明石墨烯气体传感器的一个实施例结构示意图；图2是本发明石墨烯气体传感器的另一个实施例的结构示意图；图3是本发明石墨烯气体传感器中石墨烯层上碳量子点分布示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。