[发明专利]一种用于室温下检测ppb级甲醛的紫磷烯/石墨烯气敏传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种在室温下检测ppb级甲醛的紫磷烯/石墨烯气敏传感器及其制备方法和应用。通过化学气相转移法(CVT)制备紫磷块状样品，然后激光剥离法将紫磷块状样品加工成紫磷烯。通过化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯。采用真空抽滤法将紫磷烯和石墨烯制备成紫磷烯/石墨烯复合材料。在紫磷烯/石墨烯复合材料上涂上导电银胶并接银线，制备成用于室温下检测ppb级甲醛的紫磷烯/石墨烯气敏传感器。采用含量为37％的甲醛溶液配制成不同ppb级的甲醛蒸汽。并组装了气敏测试平台，检测紫磷基气敏传感器对甲醛具有很大的吸附性。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种用于室温下检测ppb级甲醛的紫磷烯/石墨烯气敏传感器及其制备方法和应用。

背景技术

紫磷是一种层状单质磷结构且具有独特的电子和光电特性。西安交通大学张锦英课题组于2019年首次报道了毫米级紫磷单晶的合成、表征和剥离过程。其研究表明紫磷的空穴迁移率上限位于3000-7000cm² V^-1s^-1之间，且紫磷的分解温度比黑磷高52℃，是目前已知的最稳定的磷同素异形体。同时，紫磷作为二维材料，其高比表面积、化学活性位点多、电学性能可调等性能，使其更适合作为气敏材料。相比于其他低维材料，其2.54eV的直接带隙大于黑磷和半金属石墨烯，也赋予了它更宽广的应用空间。紫磷类比低维电子材料的石墨烯和黑磷，具备性能优异、稳定性高、制备成本低的紫磷，极有可能为电子信息传感领域的研究带来突破性进展。

目前课题组已经研究了多功能石墨烯可穿戴式传感器，开发了石墨烯作为敏感材料的气敏、压敏、温敏传感器，为紫磷气敏特性的探索提供了技术和理论支持。

但是，现有技术中实现室温下ppb级甲醛气体的响应仍然面临挑战，为了推进紫磷烯在传感领域的发展，结合紫磷烯的传感特性，开发一种快速、高效提高紫磷烯基气敏传感器吸附性能的方法显得十分重要。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于室温下检测ppb级甲醛的紫磷烯/石墨烯气敏传感器及其制备方法和应用，以解决室温下ppb级甲醛气体响应较差的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种用于室温下检测ppb级甲醛的紫磷烯/石墨烯气敏传感器的制备方法，先将紫磷烯与石墨烯通过真空抽滤法复合，得到紫磷烯/石墨烯复合材料，再涂上导电电极，制成用于室温下检测ppb级甲醛的紫磷烯/石墨烯气敏传感器。

优选地，通过激光剥离紫磷块体制得紫磷烯，激光功率为18～27W。

进一步优选地，紫磷块体的制备方法为化学气相转移法。

优选地，石墨烯制备方法为化学气相沉积法。

优选地，石墨烯厚度为4～10层，尺寸为1cm²。

优选地，每1cm²的石墨烯上抽滤0.5mg的紫磷烯制备成紫磷烯在上，石墨烯在下的紫磷烯/石墨烯复合材料。

优选地，导电电极为银胶银线。

优选地，导电电极的长度与石墨烯边长相等，宽度为1～5mm。

本发明还公开了上述制备方法制得的用于室温下检测ppb级甲醛的紫磷烯/石墨烯气敏传感器。

本发明还公开了上述用于室温下检测ppb级甲醛的紫磷烯/石墨烯气敏传感器在检测甲醛中的应用，检测的甲醛气体浓度范围为10～50ppb。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：