[发明专利]一种氧化铜薄膜的制备方法

说明书

本发明针对现有氧化铜薄膜制造成本高、工艺复杂、稳定性差的问题，提供一种氧化铜薄膜的制备方法。它基于电喷印原理，将铜氨络合物溶液与电解质溶液混合制成喷印墨水，在喷针和基底之间施加电场，驱动喷印墨水从喷针尖端喷出，产生电喷雾，在基底接收喷雾形成的液滴。加热的基底促进溶剂挥发和铜氨络合物分解形成氧化铜，形成致密的氧化铜薄膜。本制备方法简单，成膜厚度可控，成本相较于其它方法更加低廉，稳定性更好。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，具体地涉及制备氧化铜薄膜的制备方法。

背景技术

硫化氢(H₂S)是一种剧毒气体，高浓度的硫化氢可以使人在数秒至数分钟内死亡，在低至亚ppm级浓度的硫化氢下长期暴露也会对人体健康产生极大影响。硫化氢具有很强的腐蚀性，在工业领域能够引起器件腐蚀和催化剂中毒。因此，工业生产、环境监测和日常生活等领域都有对硫化氢气体进行快速、高灵敏检测的需求。

现在常见的硫化氢传感器属于电导传感器，采用氧化铜薄膜作为传感膜，即通过气体在其表面的吸附造成的电导率变化来测量气体的浓度。现在主要的氧化铜薄膜制备技术有丝网印刷、旋涂、电纺丝、脉冲激光沉积(PLD)、化学气相沉积(CVD)、电化学法等，其中，丝网印刷、电纺丝方法制备的薄膜稳定性差；旋涂法不仅稳定性差还难以控制厚度；脉冲激光沉积和化学气相沉积方法需要昂贵的仪器设备，成本较高；电化学法需要以金属铜作为基底。因此,需要建立一种成本低廉、所需设备简单、制备过程简单、稳定性好的制备氧化铜薄膜的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有氧化铜薄膜工艺制造成本高、工艺复杂的问题，提供一种易于实现、低成本、稳定性好的氧化铜薄膜制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)将碱式碳酸铜溶于氨水，配制铜氨络合物溶液；

2)将铜氨络合物溶液与电解质溶液混合均匀，制成喷印墨水，其中铜离子的浓度为0.001～0.2mol/L；

3)在喷针和基底之间施加电场，驱动喷印墨水从喷针尖端喷出，产生电喷雾，在基底接收喷雾形成的液滴；所述基底为绝缘材质，且被加热以促进溶剂挥发和铜氨络合物分解形成氧化铜；基底放置在二维平台上，通过控制二维平台的移动在基底上喷印制备出氧化铜薄膜；

4)将3)制备的氧化铜薄膜在空气氛围下，在400-800℃下加热烧结。

所述步骤3)中在喷针的末端连接一个三通，三通一端连接喷印墨水管道，一端引出电极连接高压电源的正极；高压电源的负极与基底下放置的接收极相连。

所述电解质溶液为碳酸铵-乙二醇溶液，其中碳酸铵的浓度为0.01～0.2mol/L；电解质溶液中加入六氟异丙醇以抑制电喷印过程中的电晕放电，其中六氟异丙醇的体积含量为0.1％～2％。

所述基底为单晶硅，其表面有一层二氧化硅，厚度为4～400nm；基底下方是一电加热片，用于加热基底。

所述步骤3)的加热温度为190℃～275℃。

所述步骤4)的烧结时间为1h～5h。

所述喷针为一石英毛细管，内径为0.01～1mm；喷针尖端和基底表面之间的距离在0.5～6mm之间，施加的电压在0.5～15kV之间，使喷针的尖端产生稳定的泰勒锥体。

所述喷印墨水由注射泵驱动，流速为30～500μL/h。