[发明专利]一种气敏材料与气体传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种气敏材料与气体传感器及其制备方法，气敏材料包括用作一次沉积的黑磷水溶液与用作二次沉积的苄基紫精溶液。气体传感器，包括叉指电极，叉指电极表面沉积有气敏材料，从而在叉指电极上形成苄基紫精掺杂黑磷的气敏薄膜，气敏薄膜的结构如下：黑磷部分覆盖叉指电极，部分苄基紫精连接黑磷与叉指电极，形成将苄基紫精的电子转移给黑磷的回路；并且，部分苄基紫精覆盖在黑磷表面的部分高能吸附位上。一种气体传感器的制备方法，将黑磷沉积在叉指电极上，再二次沉积苄基紫精，从而使得苄基紫精与黑磷掺杂。本发明能够在提高气体传感器解吸附性的同时不降低其响应能力。

技术领域

本发明属于气敏材料与气体传感器技术领域。

背景技术

二氧化氮是工业、农业以及卫生领域常见的一种有毒气体，如何高效准确的检测有毒气体已经成为气敏领域亟待解决的重要问题。在目前主流的气体检测方法中，基于二维材料的气体传感器已经广泛应用于气体检测。相对于其他二维材料，黑磷作为一种典型的P型半导体，因其独特结构而具备的大比表面，是应用于气体传感的良好材料。然而，在过去的十几年间，研究者们致力于将金属氧化物等材料掺杂进中以提高黑磷在气敏领域的灵敏度，但其解吸附性能不佳，极大影响了其实用性。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种气敏材料，解决现有技术中的气敏材料用于气体传感器中存在的解吸附性不佳的技术问题，还能够在提高气体传感器解吸附性的同时不大幅度降低其响应能力。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种气敏材料，包括用作一次沉积的黑磷水溶液与用作二次沉积的苄基紫精溶液。

优选的，黑磷水溶液的浓度为1 mg/ml，所述苄基紫精溶液的浓度为1-10 mg/ml。

本发明还提供一种气敏材料的制备方法，包括以下步骤：

制备黑磷水溶液：

将20重量份的黑磷与50重量份的氢氧化钠加入N-甲基吡咯烷酮溶液中，黑磷与N-甲基吡咯烷酮溶液的质量体积比为1mg/ml，并超声混合，将得到的混合液离心清洗，洗去N-甲基吡咯烷酮与氢氧化钠，最后得到黑磷水溶液；

制备苄基紫精溶液：

将10-100 mg的苄基紫精加入10 ml无水乙醇中，搅拌至苄基完全溶解至无水乙醇中，从而得到1-10 mg/ml苄基紫精溶液。

优选的，黑磷为20 mg，氢氧化钠为50 mg，N-甲基吡咯烷酮溶液为20 ml；苄基紫精为10 mg，无水乙醇为10 ml。

本发明还提供一种气体传感器，包括叉指电极，所述叉指电极表面沉积有如权利要求1至3中任一所述的气敏材料，从而在叉指电极上形成苄基紫精掺杂黑磷的气敏薄膜，所述气敏薄膜具有以下性质：黑磷部分覆盖叉指电极，部分苄基紫精连接黑磷与叉指电极，形成将苄基紫精的电子转移给黑磷的回路；并且，部分苄基紫精覆盖在黑磷表面的部分高能吸附位上。

本发明还提供一种气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将黑磷水溶液沉积在叉指电极表面，并进行干燥，以去除残留溶剂，得到表面覆盖有黑磷薄膜的气体传感器；

步骤2：在步骤1制备得到的气体传感器表面沉积苄基紫精溶液，并进行干燥，从而使得苄基紫精与黑磷掺杂，随着苄基紫精的掺杂，黑磷由P型半导体过渡到P-N型半导体，并且苄基紫精覆盖黑磷的部分高能吸附位，最后得到苄基紫精掺杂黑磷的气体传感器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的气敏材料用于制备气体传感器，能够在不降低气体传感器响应性能的前提下提高气体传感器的解吸附性能。