[发明专利]一种基于新型ZnO纳米柱/SnO2薄膜探测器以及制备方法

说明书

本发明提供一种基于新型ZnO纳米柱/SnO₂薄膜探测器以及制备方法，该探测器从下至上依次包括衬底层、SnO₂薄膜层、嵌入SnO₂薄膜层的ZnO纳米柱，以及包覆在SnO₂薄膜层、ZnO纳米柱上的Pt量子点和设置在两端的电极，该探测器的响应时间为5‑10s，能够同时对乙醇、CO、NO气体进行探测，探测极限为5‑10ppm。本发明适用范围广，可以在多种衬底上制备ZnO纳米柱/SnO₂薄膜探测器，本发明制备的探测器同时含有ZnO和SnO₂两种有效探测材料体系，具有双波段选择性光探测或同时对两种特殊的气体进行选择性检测；该探测器同时包含有ZnO纳米柱阵列和SnO₂多孔薄膜，有利于提高探测的灵敏度。

技术领域

本发明涉及探测器技术领域，尤其是一种基于新型ZnO纳米柱/SnO₂薄膜探测器以及制备方法。

背景技术

由于ZnO、SnO₂、TiO₂等氧化物属于半导体材料具有优异的物理和化学性能，其在电子信息器件、发光器件、光催化降解、催化反应、太阳能电池、锂电池等领域发挥重要作用。因此，氧化物半导体材料是目前材料领域的一个研究重点和热点。

传感器是当前电子器件重要发展的一个关键领域。ZnO和SnO₂具有成本较低、性能突出的特点，ZnO在常温下禁带宽度为3.37eV，为直接带隙半导体，对紫外光的吸收系数大，可以充分的吸收紫外光；而且其载流子迁移率很高，高的电子迁移率有助于具有更大的电导和快速的电荷分离；同时它的激子束缚能很大，约为60meV，具有优良的光电性质，除此之外，由于其独特且优良的介电和压电等特性，在光电探测和气敏传感等领域得到了广泛的研究。

研究表明，ZnO在工作温度为200℃以上时对NO₂有较好的选择性和较高的灵敏度，可探测ppb级的NO₂气体，然而，高的工作温度限制了气敏元件对易燃易爆气体的检测，同时，在高温工作环境中，金属氧化物晶面会产生扩散和烧结效应，从而影响传感器稳定性。

目前，气敏传感器主要是基于SnO₂薄膜材料，可对H₂、CO、NO₂、C₂H₂、H₂S、NH₃、CH₄、天然气等还原性、可燃性和有毒气体进行全面检测。然而，SnO₂气敏传感器的工作温度较高，且性能不稳定，而且通常只能针对某一种气体进行高效选择性探测。实际探测过程中，为了提高有毒有害气体检测的种类，通常需要安装多个探测报警器，这样导致成本的增加，进一步提高了探测成本。因此，发展具有多功能的气敏探测器是十分必要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于新型ZnO纳米柱/SnO₂薄膜探测器以及制备方法，本发明制备工艺简单，制备成本低，并且本发明制备的探测器可同时检测多种气体。

本发明的技术方案为：一种基于新型ZnO纳米柱/SnO₂薄膜探测器的制备方法，包括以下步骤：

S1)、前驱体溶液的制备，将0.1-0.3质量份数的氯化亚锡、0.2-0.6质量份数的醋酸钠、0.04-0.8质量份数的氯化锌、为0.1-0.2质量份数的聚乙二醇(PEG，分子量2000-6000)，20-40体积份数的乙二醇为混合，在温度为60-80℃下使用磁力搅拌机搅拌60-120min，使SnCl₂、ZnCl₂和聚乙二醇完全溶解到乙二醇当中，获得均匀混合的前驱体溶液；

S2)、前驱体薄膜的制备，将干净的衬底放到加热垫板上，在温度为200-300℃的条件下，使用喷枪在衬底上均匀喷涂20-40s，获得前驱体薄膜；