[发明专利]一种可控构筑高性能气敏/湿敏传感器的方法

说明书

本发明涉及一种可控构筑高性能气敏/湿敏传感器的方法，该方法为：以磁性亚微米材料为支撑体，将功能化的敏感纳米材料包覆在所述磁性亚微米材料的表面，之后分散于溶剂中制得敏感纳米材料溶液。构筑气敏或湿敏传感器过程中，利用磁场操控所述敏感材料在插指电极之间定向排列，待溶剂蒸发后，得到气敏或湿敏传感器。本发明利用气敏/湿敏材料与磁性支撑材料的有效组合，并在磁场操控下，使气敏/湿敏纳米材料可控地排布在插指电极间形成导电通道，显著提高了气敏/湿敏器件响应灵敏度，而且均匀排布的多导电通道可实现同批次器件性能均一的效果，本发明方法可作为提升气体/湿度传感器性能的一种通用策略。

技术领域

本发明属于气体/湿敏传感器技术领域，具体涉及一种可控构筑高性能气敏/湿敏传感器的方法。

背景技术

纳米气敏/湿敏材料因具有巨大的比表面积、独特的尺寸效应和宏观量子隧道效应等而表现出区别于常规材料的特异性能，巨大的比表面积提供了非常多的活性位点，可极大地提升了气体/湿敏传感器的性能。然而在构筑气敏/湿敏传感器件时，敏感纳米材料在电极表面上滴样干燥过程中极易产生重叠团聚和分布不均匀现象，这一方面严重限制了气敏/湿敏纳米材料所有的巨大表面积、丰富活性位点的优势发挥，另一方面造成器件性能稳定性和同批次器件性能随机差异性大。上述问题严重阻碍了纳米气敏/湿敏传感器的产业化进程，需要研究开发能够兼顾敏感纳米材料比表面积利用和器件性能一致性的器件构筑技术。

专利CN 105891263A公开了一种微纳米球-石墨烯气体传感器及其制备方法，气体传感器包括基底、叉指电极和气敏涂层，叉指电极位于基底之上，气敏涂层至少部分地覆盖在叉指电极的表面，气敏涂层包括微纳米球-石墨烯复合材料，其中石墨烯包覆在微纳米球的表面，该发明微纳米球-石墨烯气体传感器与纯的石墨烯气体传感器相比，具有较高的响应值和较强的重复稳定性，但纳米材料有重叠，器件响应灵敏度受限。

本申请发明人在前期研究证实，通过将敏感纳米材料堆叠方式从二维转成三维可以提高比表面积和活性位点的利用[Three-dimensional conductive networksbased onstacked SiO₂@graphene frameworks for enhanced gas sensing,Nanoscale2017,9,109-118]，降低敏感纳米材料的用量，但是，该技术方案仍然难以解决气敏/湿敏纳米材料在电极表面上的重叠团聚和分布不均匀问题，也无法降低同批次器件性能差异过大的现象。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种可控构筑高性能气敏/湿敏传感器的方法，兼顾敏感纳米材料比表面积利用和器件性能一致性，增强低维纳米材料气体/湿度传感性能的新策略。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种可控的构筑高性能气敏/湿敏传感器的方法，该方法为：以磁性亚微米材料为支撑体，将功能化的敏感纳米材料包覆在所述磁性亚微米材料的表面，之后分散于溶剂中制得敏感纳米材料溶液，构筑气敏或湿敏传感器过程中，利用磁场操控所述敏感材料在传感器的插指电极之间定向排列，待溶剂蒸发后，得到气敏或湿敏传感器。

本发明以磁性亚微米材料作为支撑，使气敏或湿敏纳米材料均匀包裹在磁性亚微米材料表面上，然后在滴样过程中，利用磁场操控上述气敏/湿敏材料在叉指电极之间定向排列，实现气敏/湿敏纳米材料之间搭接良好，几乎无重叠，呈相互平行的链状/条状均匀垂直排布在电极对表面上，形成了稳定的、无重叠的多导电通道，本发明通过控制磁场强度、方向与纳米材料浓度来调控插指电极之间敏感材料的取向与密度、传感器基电流与性能稳定性。

优选地，制得的敏感纳米材料溶液以滴样方式制备气敏或湿敏传感器。

优选地，所述敏感纳米材料通过静电自组装法或沉积法包覆在所述磁性亚微米材料的表面。