[发明专利]一种基于石墨烯/多壁碳纳米管/氧化锌复合材料的电阻型气体传感器及制作方法

摘要

一种具有室温气敏响应特性的石墨烯基电阻型气体传感器及其制作方法，属于气体传感器技术领域。是以单晶硅为衬底，采用热氧化法在单晶硅表面生成二氧化硅层；在二氧化硅层表面沉积3～5对叉指金电极，在叉指金电极上连接有引线，在二氧化硅层和叉指金电极表面涂覆有气体敏感薄膜，该气体敏感薄膜为石墨烯/多壁碳纳米管/氧化锌三元复合材料，薄膜的厚度为10～50μm；气体敏感薄膜接触待测气体前后，其电阻会发生变化，通过测量叉指金电极间电阻的变化，可以获得传感器的灵敏度。感器在室温下具有很高的响应灵敏度、快速的响应恢复速率和良好的响应可逆性，解决了氧化锌气体传感器通常需要在高温下才能工作的问题。

主权项

一种在室温下具有高灵敏度气体响应特性的石墨烯/多壁碳纳米管/氧化锌复合材料的电阻型气体传感器的制备方法，其步骤如下：1)以单晶硅为衬底，采用热氧化法在单晶硅表面生成二氧化硅层，厚度为150～300nm；在二氧化硅层表面沉积3～5对叉指金电极，电极的宽度为50～100μm，电极的厚度为50～200nm；2)用乙醇、水依次超声清洗表面印有叉指金电极的二氧化硅，烘干待用；3)配制氧化石墨烯水溶液，氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1mg/mL～5mg/mL，然后加入多壁碳纳米管，超声分散使其混合充分，制得石墨烯/多壁碳纳米管复合溶液，将上述复合液加到甲醇溶液中，氧化石墨烯与甲醇的重量比为1：4000～200000；然后加入硝酸锌和氢氧化钾，氧化石墨烯、多壁碳纳米管、硝酸锌和氢氧化钾的重量比为1：0.2～10：2～100：4～200，搅拌及超声使其分散均匀；将上述溶液放到油浴中在60～80℃下反应1～12小时，制得氧化石墨烯/多壁碳纳米管/氧化锌三元复合材料溶液；向上述体系中加入水合肼，氧化石墨烯与水合肼的重量比为1：0.064～3.2，在80～90℃反应2～3小时，从而制得石墨烯/多壁碳纳米管/氧化锌三元复合材料溶液；将上述溶液进行离心分离、水洗和烘干，获得石墨烯/多壁碳纳米管/氧化锌三元复合材料；4)将步骤(3)制备的石墨烯/多壁碳纳米管/氧化锌三元复合材料分散到水中，复合材料水溶液的浓度为1～10mg/mL；将该溶液悬涂到步骤2)得到的具有叉指金电极的二氧化硅层表面，然后在80～130℃下热处理1～4小时，从而制得用于检测NO2的基于石墨烯/多壁碳纳米管/氧化锌复合材料的电阻型气体传感器。