[发明专利]一种用于室温下硫化氢气体检测传感器

说明书

本发明涉及建筑工程领域，且公开了一种室温下硫化氢气体检测传感器。包括还原氧化石墨烯纳米片1，铜掺杂氧化锌纳米棒2，Au(50nm)/Ti(5nm)涂层3，玻璃基底4。当传感器表面暴露于H₂S气体中时，H₂S分子被吸附在纳米复合传感器的表面上，预吸附的氧与H₂S之间的相互作用释放出自由电子。这些自由电子中和还原石墨烯氧化物(RGO)中的空穴，减小电荷传导通道的尺寸，从而导致空间电荷区域的宽度增加，从而增加传感器的电阻。以此反应H₂S气体的浓度。所述硫化氢气体传感器具有灵敏度高，对氢气选择性强，性能稳定和响应时间短的优点。

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，具体涉及一种用于室温下硫化氢气体检测传感器。

背景技术

硫化氢是一种有毒、无色、芳香的气体，过量吸入可导致神经行为毒性、呼吸衰竭，也可导致死亡。因此，研制高性能、高可靠性、良好的选择性、既能在低温下工作又能检测低浓度气体的H₂S气体传感器具有重意义。

为了实现这些目标，基于金属氧化物半导体的气体传感器已经得到了广泛的研究，仍然需要对H₂S气体传感进行不断的改进。在实际应用的各种半导体材料中，氧化锌具有成本低、无毒、独特的电化学性质、纳米尺寸、多种形貌和简单集成等优点，显示出其在H₂S气敏领域的应用潜力。此外，在ZnO纳米结构中掺杂金属杂质，可以改变ZnO的电子性质和气体分子的吸附位置，从而获得更好的气敏特性。早期的一些研究表明，对于掺铜和掺锡的ZnO薄膜，在250℃和200℃的工作温度下对20ppm H₂S有显著的响应。然而，基于氧化锌的气体传感器由于其高工作温度(通常超过200℃)以及化学特性差而具有较高的功耗。高工作温度也为实现更广泛的实时应用设置了相当大的限制，因为集成困难以及气体爆炸的风险。高温引起的温度漂移经常使传感器的电阻波动，从而影响测量精度。这些局限性最近启发了研究人员实现在室温下工作的高性能H₂S气体传感器。

为了解决这些问题，需要对金属氧化物进行改性，如过渡金属掺杂、表面功能化以及纳米复合材料的合成。RGO、改性石墨烯与原始或掺杂的金属氧化物一起，最近被认为在气敏传感器中建立了一种新的感知气体方法。例如，一些典型的金属氧化物，如SnO₂、ZnO、Cu₂O和WO₃已被有效地与RGO结合来提高气敏性能。但是，对于还原氧化石墨烯/六角WO₃纳米片和SnO₂量子线/还原氧化石墨烯等纳米复合材料检测H₂S气体的研究相对有限。所有这些组合都被观察到通过一些基本现象来提高气敏性能，例如通过在RGO和金属氧化物之间形成p-n结来创建更多的表面缺陷位置和提高肖特基势垒高度。

尽管人们对RGO/ZnO异质结构和Cu掺杂ZnO的H₂S气体检测潜力进行了大量的研究，但在Cu掺杂的ZnO纳米结构上修饰RGO的气敏特性却鲜有报道。因此，本发明公开了RGO修饰的Cu掺杂ZnO纳米结构双层气敏元件的室温H₂S传感特性。铜掺杂的氧化锌纳米结构是用水热法生长的；而以空气喷雾技术的形式沉积RGO的简单方法使其有别于以往报道的其他化学方法。系统地研究了未掺杂和掺杂Cu的ZnO纳米结构的物理和气敏性能。由于Cu掺杂剂和RGO的共同作用，该传感器在室温下具有显著的H₂S传感能力。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种用于室温下硫化氢气体检测传感器，所述传感器具有灵敏度高，选择性强，响应时间短和功耗低，既能在低温下工作又能检测低浓度气体的特点，解决了现有硫化氢传感器灵敏度低，功耗高的问题。

(二)技术方案