[发明专利]具有纳米多孔结构的气敏传感器元件的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有纳米多孔结构的气敏传感器元件的制备方法，包括以下步骤：S1、将聚合物覆膜自组装在覆盖在微加热平台的叉指电极上，得到叉指电极经过覆膜的模板基础层；S2、采用纳米压印方法得到规整的纳米模板结构，纳米模板结构具有纳米多孔阵列结构层，纳米模板结构上残留有残余模板剂；S3、去除纳米压印残留层以使叉指电极层裸露在空气层且成为气敏材料成膜载体；S4、在气敏材料成膜载体上制备金属离子掺杂氧化物薄膜作为气体敏感材料层；S5、对残余模板剂，得到具有纳米多孔结构的气敏传感器元件。该制备方法兼具经济性和环境友好型，具有可制造性和复制性较好的优点，对CH₄、CO、H₂、NO等有毒有害气体的检测具有高灵敏性、快速响应的特点。

技术领域

本发明属于气敏传感器技术领域，具体涉及一种具有纳米多孔结构的气敏传感器元件的制备方法。

背景技术

随着现代化工业的迅速发展，大气环境污染已成为人们健康生活的重点问题，因此高稳定性、高灵敏度、快速响应恢复的敏感材料研发已成为当下气体传感器研究热点。多孔纳米阵列结构因其较大的比表面积，能够为气体吸附和反应提供更多的表面活性位点，将显著提高传感器灵敏度。Xu等人采用PS微球模板剂，基于提拉法，制备出了多孔SnO₂敏感材料(Sci.Rep.5,10507)；Sun等人通过等离子刻蚀PS微球模板法，制备了Cu掺杂的SnO₂多孔结构(CN103529081A)。此外，Hu等人采用多孔硅结构制备纳米氧化钒气敏材料(CN104181206A)。

传统方法有微球模板剂法和多孔硅修饰法，先对传统方法举例说明。

(1)微球模板剂法

例如专利文件CN103529081A中公开的微球模板剂法，微球模板剂通常为聚苯乙烯微球水溶液，价格昂贵，不适合大规模批量生产。

(2)多孔硅修饰法

例如专利文件CN104181206A中公开的多孔硅修饰法，多孔硅多采用化学腐蚀法，需要大量氢氟酸溶剂，不利有环境友好型发展。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种具有纳米多孔结构的气敏传感器元件的制备方法，该具有纳米多孔结构的气敏传感器元件的制备方法结合纳米压印技术，能够克服传统方法的缺点，是一种可复制性、可制造性强的经济制备方法。

根据本发明实施例的具有纳米多孔结构的气敏传感器元件的制备方法，包括以下步骤：S1、将聚合物覆膜自组装在覆盖在微加热平台的芯片上的叉指电极上，得到所述叉指电极经过覆膜的模板基础层；S2、对所述模板基础层采用纳米压印方法得到规整的纳米模板结构，所述纳米模板结构具有纳米多孔阵列结构层，所述纳米模板结构上残留有残余模板剂；S3、去除所述纳米模板结构上的纳米压印残留层以使所述叉指电极层裸露在空气层且成为气敏材料成膜载体；S4、在所述气敏材料成膜载体上制备金属离子掺杂氧化物薄膜作为气体敏感材料层；S5、对所述芯片去除所述残余模板剂，得到具有纳米多孔结构的气敏传感器元件。

根据本发明实施例的制备方法，避免采用昂贵的聚苯乙烯微球模板剂，转而替代采用廉价的聚合物薄膜，结合纳米压印及刻蚀技术，在微加热平台上构筑多孔模板结构，达到模板剂及刻蚀相结合技术(CN103529081A)的相似效果，具有工艺简单、成本低廉的优势。根据本发明实施例的制备方法结合纳米压印技术，能够克服传统方法的缺点，是一种可复制性、可制造性强的经济制备方法。

根据本发明一个实施例，步骤S1中，所述聚合物覆膜通过LB膜法、溶液蒸发法、旋涂法或者浸涂法中的一种进行自组装。