[发明专利]可自加热的激光诱导石墨烯柔性NO2

说明书

本发明为可自加热的激光诱导石墨烯柔性NO2气体传感器的制备方法。本发明包括绝缘区域、电极区域、银涂层区域与气敏区域，所述绝缘区域设置于底端，所述电极区域与所述气敏区域设置于绝缘区域上表面，所述银涂层区域设置于电极区域两端的电极连接区域，所述电极区域与气敏区域为通过激光的高能量一步诱导制备的具有更大孔隙率结构的三维多孔石墨烯图案。气敏区域由于其独特石墨烯三维结构尺寸，可省去额外添加气敏材料的步骤，达到同样甚至更好效果的气体吸附。该方法利于NO2气体分子快速脱附，提高传感器使用重复性，降低制造成本，制造周期短，灵敏度高，检测限可以达到10ppb，在环境监测和医疗诊断方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及一种可自加热的激光诱导石墨烯柔性NO2气体传感器的制备方法。

背景技术

二氧化氮(NO2)是一种易挥发有刺激性的有毒气体。根据国家标准《工作场所有害因素职业接触限值(GBZ2-2007)》规定，人体NO2接触限值为5mg/m³(2.54PPM)。即使人体暴露于二氧化氮的时间很短，肺功能也会受到损害；如果长时间暴露于二氧化氮，呼吸道感染的机会就会增加，而且可能导致肺部永久性器质性病变。人体呼出气冷凝液中也含有NO2，并且通过研究发现呼出气冷凝液中NO2浓度越高，支气管哮喘急性发作几率越高。因此，一种具有高灵敏度、柔性、低检测限的NO2气体传感器是目前环境监测和医疗诊断行业迫切需要的，且有助于实现NO2的高可靠实时监控。

石墨烯具有优异的化学和物理性质，三维多孔结构的石墨烯，以其高比表面积，高电子迁移率以及机械稳定性在气体传感器方面发挥着巨大的优势。激光诱导石墨烯(LaserInduced Graphene，LIG)是利用激光的高能量破坏原碳源的结构，形成短链碳或者无定形碳，之后在基底表面进行二维重构，形成三维多孔石墨烯薄膜，这种技术可同时一步实现三维石墨烯材料的原位制备和高精度图案化组装，而不需要湿化学步骤，制造过程简便、材料形貌可控。

大多数高灵敏度气体传感器在室温工作时响应小，响应/恢复过程慢，需要升温加速气体分子的吸附和解吸过程，因此需要配置额外的微型加热器。本发明设计的气体传感器可实现自加热功能，大大提升了气体传感器的灵敏度与恢复速度，实现低功耗快速气体传感。

发明内容

本发明的目的是，提供一种可自加热的激光诱导石墨烯柔性NO2气体传感器及制备方法，该方法通过激光一步诱导生成石墨烯既做电极区域又做气敏区域，提高NO2气体检测灵敏度；杠铃型石墨烯结构更利于传感器阵列，紫外激光(Ultraviolet Laser，UV)获得的气敏区域线宽更细，便于自加热效应。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种可自加热的激光诱导石墨烯柔性NO2气体传感器的制备方法，该方法包括下述步骤：

(1)将聚酰亚胺(Polyimide，PI)胶带裁剪至所需尺寸(以完全覆盖步骤(2)中载玻片表面为佳)的矩形形状；

(2)通过水溶胶将经步骤(1)得到的PI胶带粘至载玻片表面；

(3)将经步骤(2)得到的PI胶带利用高能量激光诱导出三维石墨烯图案，三维石墨烯图案包括两端的电极连接区域和连接两电极连接区域的单线石墨烯区域，单线石墨烯区域起到连接两电极连接区域的作用，形成导电通路，同时又能直接作为气敏区域；所述单线石墨烯的宽度为40-90μm；

(4)将经步骤(3)得到的电极连接区域用导电银墨水对其上表面完全涂覆，制成银涂层区域；

(5)将涂好银涂层的组合体脱离载玻片后，再通过热释活胶带转移至柔性可拉伸基底上，制成柔性气体传感器。

所述柔性可拉伸基底为PDMS等具有柔性，能弯曲、拉伸，沿待粘贴对象表面贴合。