[发明专利]一种基于色素敏化TiO2薄膜的气体传感器制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体传感器的制作方法，特指用在磁控溅射二氧化钛（TiO₂）气体敏感膜中加入色素的气体传感器的制作方法。

背景技术

近年来，随着科技的发展，人们对有害气体检测的要求越来越高，对气体传感器的需求也越来越多。目前的气体传感器大多存在对低浓度气体检测灵敏度不够高的不足。为克服以上的不足之处，在气体传感器中掺杂其它金属或氧化物添加剂，制备复合金属氧化物气敏材料等取得了较理想的效果。其中，TiO₂膜具有高折射率，高介电常数等特点，例如：中国专利号为ZL201010206483.2、名称为二氧化钛多孔薄膜的制备方法，中国专利号ZL200510012254.6、名称为电泳沉积低温制备二氧化钛纳晶多孔薄膜电极的制备方法。磁控溅射法制备纳米晶TiO₂薄膜工艺简单，制得的纳米晶TiO₂薄膜分布均匀、厚度可控、表面积大、附着力强、不开裂，在大规模工业化生产中更加容易控制产品的质量，并降低综合生产成本，但这种气体传感器需要高温（200℃~600℃）下才能工作，

色素敏化材料是指那些与基底材料结合后能有效提高基底材料导电性能的色素，包括合成色素敏化材料和天然色素敏化材料，合成色素敏化材料如金属有机配合物和有机化合物，天然色素敏化材料的显色成分大多是花青素，他们均可在不同的pH值下或不同的氧化还原系统中呈现不同的颜色。

发明内容

本发明提供一种基于色素敏化的纳米晶TiO₂薄膜的气体传感器制作方法，将色素敏化材料与纳米晶TiO₂薄膜相结合，所制作的气体传感器灵敏度高且可在室温下工作。

本发明采用的技术方案是包括以下步骤：（1）选择适合于后续镀膜的基片，在基片上通过镀膜方法制作电极，将镀有电极的基片通过磁控溅射法制备纳米晶TiO₂薄膜；（2）针对所需检测的气体选择合适的色素敏化材料并将色素敏化材料溶解在与之相容的溶剂中，制成色素溶液；（3）将所述纳米晶TiO₂薄膜放入所述色素溶液中浸泡12~48小时后取出，用无水乙醇将杂质冲洗干净，晾干后在30~80℃烘箱中烘1~5h即可。 

进一步地，所述磁控溅射法制备纳米晶TiO₂薄膜的方法如下：将镀有电极的基片放入基材载物台，用金属钛或氧化钛作为靶台，调节钛靶和基材载物台之间的距离为20~30cm，载物台的旋转速率为4~8rp，磁控溅射反应室真空度至少抽到10^-3Pa，温度加热到20~250℃，惰性气体流为60~100sccm，磁控溅射功率为80~120w，在0.5~2.0Pa压强下溅射15~60min。 

进一步地，所述色素敏化材料包括合成色素敏化材料和天然色素敏化材料，当采用合成色素敏化材料时，制成的色素溶液的浓度为0.1mol/L~0.5mol/L，当采用天然色素敏化材料时，色素溶液含水率为60% ~80%。

本发明的有益效果：本发明用磁控溅射制备纳米晶TiO₂薄膜，使用纳米晶TiO₂薄膜作为基底材料，使用色素敏化材料作为激化材料制作气体传感器；将色素敏化材料固定于纳米晶TiO₂薄膜上，色素分子包裹了TiO₂分子的同时填充了TiO₂晶体之间的间隙，改变了TiO₂晶体的晶格电阻，增强其对气体分子的敏感性的同时使其能在常温下工作，可在室温下通过传感器电阻的变化定性定量地分析气体，与其他的气体传感器相比有较高的灵敏度和较宽的检测范围，重现性好，可检测出人嗅觉不能感知的气体浓度。

附图说明

图1为镀有电极的基片示意图；

图2为涂有纳米晶TiO₂薄膜的传感器示意图；

图3为涂有纳米晶TiO₂薄膜和色素的传感器示意图； 

图中：1.基片；2.电极；3.纳米晶TiO₂薄膜；4.色素层。

具体实施方式

本发明气体传感器的制作方法包括基片选择、制作电极、磁控溅射法制备纳米晶TiO₂薄膜、色素敏化材料的选择与溶解、色素敏化材料的固定这五个步骤。

基片选择是指选择适合于后续镀膜的基片材料，基片可以是硅片、玻璃片、导电玻璃片、或者是聚四氟乙烯片。