[发明专利]一种高性能气体传感器气敏催化材料负载方法及系统

说明书

本发明涉及一种高性能气体传感器气敏催化材料负载方法及系统，其中，所述方法至少包括以下步骤：化学浴沉积前驱液配置：将两种或两种以上的能够基于反应获得催化颗粒的化合物溶于醇溶液；催化颗粒沉积：基于前驱液采用水热法在气敏颗粒形成的层结构表面生长催化颗粒；基于第一方法下的旋涂法鼓励所述催化颗粒在层结构表面分散均匀且限制催化颗粒的团聚趋势。本发明通过基于旋涂法对纳米管内壁上的金属修饰颗粒进行沉积，鼓励金属颗粒以小尺寸的直径分布在层结构表面，使得层结构表面能够沉积形成更多的反应活性点位，从而达到提高传感器感测性能的目的。

技术领域

本发明涉及传感器设备领域，尤其涉及一种高性能气体传感器气敏催化材料负载方法及系统。

背景技术

随着工业技术的迅猛发展、人类安全意识的不断提高，由可挥发有机化合物所导致的健康问题已经成为了社会关注的焦点。人们越来越频繁地暴露于危险气体之中，例如以甲烷和一氧化碳为主要成分的天然气，装修材料中释放的有机易挥发性有毒气体甲醛、苯、二甲苯，煤炭燃烧、汽车尾气中的二氧化硫和氮氧化物等。一旦这些易燃易爆、有毒有害气体产生或泄漏，就会对人们的健康和生命造成威胁。因此，开发灵敏度高、检测速度快的气体传感器是十分必要的。

然而在一些特殊场合需要对目标气体具有极高的检测极限，单一的气敏薄膜往往不能满足检测需求，于是需要改良气敏薄膜的结构来提高检测极限。已有研究表明通过水热法制备的贵金属量子点和复合薄膜所形成的异质结构可以大幅度增加气敏作用，但是这样无法保证传感器的一致性，而且成本高昂MEMS技术的发展推动传统的气体传感器向微型化发展，基于MEMS技术的微型化气体传感器不仅保证气敏薄膜的一致性，而且极大地降低了气体传感器的价格，已经成为未来气体传感器的发展趋势。因此需要对贵金属量子点和复合薄膜进行研究，制备出基于MEMS技术的高灵敏度、一致性高、价格低廉的气体传感器。

现有技术中如公开号为CN105900236B的专利文献公开了一种半导体传感器设备，包括：衬底；非适合晶种层，位于衬底上方；至少一个电极，位于非适合晶种层上方；以及多孔感测层，直接由非适合晶种层支持并且与至少一个电极电通信，多孔感测层定义使用原子层沉积通过在非适合晶种层上的间隔开的成核而形成的多个晶界。

中国专利CN113092542A公开了一种平面型纳米气体传感器、阵列及其制备方法，涉及气体传感器技术领域，该气体传感器从顶部到底部依次包括平面传感电极、传感层、电绝缘层及微型加热器；传感层是在双通孔型基底内沉积纳米级传感材料后形成的；双通孔型基底是由多个双通孔型纳米管组成的；双通孔型纳米管为一端和另一端均开口，且一端与另一端连通的纳米管；纳米级传感材料沉积在双通孔型纳米管的管壁上；微型加热器的加热区域与平面传感电极的传感区域在竖直方向上重叠。

中国专利CN112798649A公开了一种贵金属量子点修饰多层纳米复合薄膜气体传感器制备方法，采用双面氧化和氮化硅片作为基底，以贵金属量子点修饰的多层纳米复合薄膜作为气敏材料，并通过溅射方法沉积在硅片基底上，与测试电极在氮化硅层正面上方中心叠层设置，梳齿-插齿复合状结构的测试电极设在敏感材料上方；加热丝呈剪刀状在测试电极外围环绕两层，梳齿-插齿复合状测试电极的引出端设于加热丝的剪刀口，加热丝和测试电极分别连接一对对称分布的引线盘。

上述申请文件提出了使用金属修饰的方法提高传感器的性能，但是金属修饰的过程中金属粒子在范德华力作用下容易发生团聚，使得传感层表面单位面积能够容纳的金属粒子聚合物数量减少，且大尺寸的金属粒子会覆盖部分气敏颗粒和气敏颗粒之间的孔隙，不利于传感层吸附待检测气体并与待检测气体发生传感反应的过程。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容