[发明专利]一种基于碳基材料的PN结型的压阻传感器制备方法

说明书

本发明涉及压阻传感器技术领域，提供了一种基于碳基材料的PN结型的压阻传感器制备方法。本发明将还原氧化石墨烯和氧化石墨烯悬浮液混合，得到混合液，将混合液在基底上涂覆后干燥，得到基于碳基材料的PN结型压阻传感器。本发明通过混合的方法，采用还原氧化石墨烯对氧化石墨烯进行简单的掺杂，再通过涂覆和干燥得到基于碳基材料的PN结型压阻传感器，本发明不需要进行复杂的化学气相沉积，也无需采用湿法纺丝、热退火等步骤，制备方法非常简单，容易操作，并且所得PN结型压阻传感器具有较好的压阻效应以及整流特性，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及压阻传感器技术领域，尤其涉及一种基于碳基材料的PN结型的压阻传感器制备方法。

背景技术

1954年C.S.史密斯详细研究了硅的压阻效应，然后开始研究用硅制造压阻传感器，自此之后，压阻传感器在传感、动力机械，气象和地质等领域大量应用，获得了广泛的关注。

在半导体器件中，PN结是基础。通过PN结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，可以使器件具有整流的功能。根据掺杂物的不同，可以形成P型或N型半导体，从而制备PN结。将PN结运用到传感器领域，形成一种功能化的应用器件。不同掺杂物的压阻传感器已有很多研究，如用还原氧化石墨烯(rGO)和Mxene制造具有分层微刺的可穿戴压阻传感器(ACSAppl.Mater.Interfaces2022,14,27262-27273)以及用Mxene和海绵制造三维混合多孔的压阻传感器(NanoEnergy50(2018)79–87)。

目前，基于石墨烯的全碳材料制备形成PN结型的压阻传感器已有先例，WeiquanYao等(Carbon2020,158,418-425)公布了一种石墨烯碳纳米管气凝胶球形成的压阻传感器，为一种全碳材料的压阻传感器，需要先使用湿法纺丝技术制备碳纳米管和氧化石墨烯掺杂的球形水凝胶，再通过预还原、干燥和热退火得到石墨烯碳纳米管气凝胶球，该制备方法非常繁琐，制备步骤复杂。传统方法中还会采用化学气相沉积法在石墨烯中进行掺杂，从而构建PN结型压阻传感器，但是化学气相沉积法需要较高的温度，成本较高，且安全性不好。

因此，目前亟需提供一种简便地制备PN结型压阻传感器的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于碳基材料的PN结型的压阻传感器制备方法。本发明提供的制备方法步骤简单，易于操作，仅需通过简单混合对氧化石墨烯进行掺杂，且所得压阻传感器具有良好的压阻传感性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于碳基材料的PN结型压阻传感器的制备方法，包括以下步骤：

将还原氧化石墨烯和氧化石墨烯悬浮液混合，得到混合液；

将所述混合液在基底上涂覆后干燥，得到基于碳基材料的PN结型压阻传感器。

优选的，所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为0.1～10mg/mL；所述氧化石墨烯悬浮液的溶剂为水、乙醇、丙酮和二甲基亚砜中的一种或几种。

优选的，所述氧化石墨烯悬浮液中的氧化石墨烯和所述还原氧化石墨烯的质量比为10:1～3。

优选的，所述还原氧化石墨烯的纯度＞95wt％。

优选的，所述混合包括依次进行的超声和搅拌，所述超声的时间为2～4h；所述超声的功率为200～400W；所述搅拌的时间为1～2h，所述搅拌的转速为450～650r/min。

优选的，所述涂覆的方法为滴涂；所述滴涂采用移液枪进行。

优选的，所述涂覆和干燥的次数为2～10次，且所述涂覆和干燥交替进行。

优选的，所述基底为Pt电极；所述干燥后，还包括将所得还原氧化石墨烯-氧化石墨烯复合膜从基底上剥离。