[发明专利]一种可应用于室温高湿环境下的纳米硅传感器及其制备方法在审

专利信息
申请号: 201911088995.0 申请日: 2019-11-08
公开(公告)号: CN112782241A 公开(公告)日: 2021-05-11
发明(设计)人: 秦玉香;藏俊生;闻棕择;裘沛伦 申请(专利权)人: 天津大学
主分类号: G01N27/12 分类号: G01N27/12;G01N33/497;B82Y40/00
代理公司: 天津创智天诚知识产权代理事务所(普通合伙) 12214 代理人: 王秀奎;谢萌
地址: 300072*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 一种 应用于 室温 环境 纳米 传感器 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种可应用于室温高湿环境下的纳米硅传感器及其制备方法,采用金属辅助化学刻蚀法制备垂直排列的光滑硅纳米线阵列并去除Ag颗粒,然后在硅纳米线阵列表面涂覆AgNO3进行纳米Ag颗粒修饰,之后利用吡咯单体在纳米线表面包裹聚吡咯。本发明的纳米银和聚吡咯双重修饰的硅纳米线在室温和80%的相对湿度下对200ppb氨气有精确探测作用,对800ppb氨气的响应约为1.3倍,对5000ppb氨气响应约为2.7倍,对15000ppb氨气响应约为5倍,在肾病呼出气的待测范围内(820‑14700ppb,ESRD平均值为4880ppb),可以实现对患病与否的测量,可应用于早期肾病的检测诊断。

技术领域

本发明属于气体检测技术领域,是关于高性能低功耗气体传感器的,更加具体地说,公开了一种可应用于室温高湿环境下的纳米硅传感器,该传感器对氨气在室温和高湿度环境中具有高灵敏度和相对快速响应特性。

背景技术

人体的呼气中含有一些可以表征机体正常或异常的物质。氨气是人体新陈代谢的重要组成部分,在健康人的呼气中,其正常浓度为200-2000ppb(中位数为833ppb)。然而,一旦呼出气中的氨气含量发生变化,则会预示着某些疾病的产生。例如,患有终末期肾病(ESRD)或幽门螺杆菌诱发的胃感染患者的呼气中总是显示出更高的氨气浓度(820-14700ppb,ESRD平均值为4880ppb)。因此,呼出气中存在的氨气被广泛认为是ESRD和幽门螺杆菌诱导的胃感染的生物标志物。不过人体呼出气的湿度非常高,相对湿度常常高于80%。因此,开发出一种室温抗高湿便携式的氨气传感器对于肾病患者的早期诊断是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种可应用于室温高湿环境下高灵敏快速检测氨气的纳米Ag颗粒和聚吡咯双重修饰的纳米硅传感器及其制备方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种可应用于室温高湿环境下的纳米硅传感器及其制备方法,按照下述步骤进行:

步骤1,将硅片进行刻蚀处理,以得到硅纳米线阵列:

将硅片置于氢氟酸水溶液中进行浸泡处理,再置于硝酸银和氢氟酸的混合水溶液中进行浸泡处理,以得到刻蚀的硅纳米线阵列;在氢氟酸水溶液中,氢氟酸浓度为1-2M,浸泡处理时间为1-2min;在硝酸银和氢氟酸的混合水溶液中,氢氟酸浓度为4-6M,硝酸银浓度为0.01-0.04M;

在步骤1中,浸泡处理温度为室温20-30℃。

在步骤1中,在硝酸银和氢氟酸的混合水溶液中进行浸泡处理(即刻蚀)的时间为90-180min,随刻蚀时间增加,纳米线长度增加。

在步骤1中,硝酸银和氢氟酸的混合水溶液总体为100ml,氢氟酸浓度为4-6M,硝酸银浓度为0.01-0.04M。

步骤2,对步骤1刻蚀得到的硅纳米线阵列进行纳米银改性处理:

选择使用浓硝酸对经步骤1刻蚀的硅片进行浸泡处理,以去除纳米银颗粒,浸泡处理时间为5-10min;

在步骤2中,使用的浓硝酸为质量百分数50-70%的浓硝酸。

在步骤2中,浸泡处理温度为室温20-30℃。

步骤3,对步骤2处理的硅纳米线阵列进行聚吡咯包裹改性处理:

在步骤2处理得到的纯硅纳米线阵列表面均匀涂覆AgNO3水溶液后对其进行烘烤,得到涂覆有AgNO3的硅纳米线衬底,然后将所述涂覆有AgNO3的硅纳米线衬底和吡咯单体置于真空状态中,气态的吡咯单体在AgNO3的作用下在硅纳米线阵列表面进行聚合,同时一价银离子还原为银单质,得到纳米银和聚吡咯双重修饰的硅纳米线阵列;

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