[发明专利]一种纸基乙醇气体传感器

说明书

本发明提供一种纸基乙醇气体传感器。这种纸基乙醇气体传感器包括：透明纸基层；导电层，所述导电层设置在所述透明纸基层的一个表面上；气敏传感层，所述气敏层设置在所述导电层远离所述透明纸基层的表面上；所述气敏传感层为纳米氧化锌和石墨烯复合层。本发明基于二维柔性的纳米氧化锌和石墨烯复合材料，同时通过丝网印刷的方法，制备得到纸基乙醇气体传感器，且制备工艺简单。本发明提供的乙醇气体传感器灵敏度高、响应/恢复时间短，并实现了气敏传感器的器件化，具有市场发展前景。

技术领域

本发明属于电子气敏器件技术领域，尤其涉及一种纸基乙醇气体传感器。

背景技术

在化工生产、交通安全、食品工业和医疗诊断等领域，高灵敏度、快速、低成本、便携和智能的气体传感器需求与日俱增。人体呼出气体的湿度是医疗诊断中的生理检测对象，可以使用气体传感器对其进行实时监测，但由于其应用场景相较工业环境更为复杂，且用于生物医疗领域的气体传感器对安全性能要求更高，给器件提出了柔性可穿戴和生物相容性更高的要求。

按照传感器的气敏材料以及气体相互作用的机理和效应的不同主要可分为电化学气体传感器、金属半导体气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光学式气体传感器、声表面波气体传感器。其中，金属半导体气体传感器因其体积小、价格低廉，易加工等特点，使其得到了广泛关注和研究。目前，湿度气体传感器多以三氧化二铟、氧化锌，三氧化钨，二氧化钛等金属半导体材料为主。其中，氧化锌在常温下具有较大的直接带隙(3.3eV)和激子束缚能(60meV)，大比表面积，高电子迁移率，良好的化学和热稳定性，使其在气体传感领域得到了广泛的应用与研究。然而传统氧化锌气敏传感器仍存在工作温度高(240-500℃)，能量消耗过度，响应慢，稳定性弱等缺点。无法在常温实现良好的气敏性能，制约了其作为可穿戴气体传感器应用与生物传感领域。

可穿戴器件因其具备柔性的特征，区别于传统陶瓷基和玻璃基气体传感器，大多是在有机聚合物衬底上采用低温(200℃)工艺制备完成的。所以随着研究和应用的不断增长会产生许多不可降解的塑料废弃物，破坏人类赖以生存的环境。为了实现人类社会的可持续发展，科学家开始寻找环境友好型的材料替代现有的塑料来制备“绿色”电子器件。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术缺陷，提供一种传感灵敏度高、响应时间短、工作温度低、绿色环保并适用于柔性可穿戴设备的纸基乙醇气体传感器及其制备方法和应用。

石墨烯不仅具备良好的电学性能与大的比表面积，其表面缺陷、空位等也可以充当气敏传感活性位点，这将很大程度上提升待测气体分子的吸附和反应。因此，本发明通过将纳米氧化锌和石墨烯材料复合，可以实现快速响应及恢复的乙醇气体检测。

本发明采取的技术方案是：

本发明的第一个方面，提供一种纸基乙醇气体传感器，包括：

透明纸基层；

导电层，所述导电层设置在所述透明纸基层的一个表面上；

气敏传感层，所述气敏层设置在所述导电层远离所述透明纸基层的表面上；

所述气敏传感层为纳米氧化锌和石墨烯复合层。

优选的，所述透明纸基层为硫酸纸。

优选的，所述导电层为叉指电极层。

优选的，所述叉指电极层的长度为0.6cm～0.8cm，宽度为0.4cm～0.55cm；进一步优选的，叉指电极层的长度为0.65cm～0.75cm，宽度为0.5cm～0.55cm。

优选的，所述叉指电极层的叉指电极为银电极。

本发明的第二个方面，提供一种纸基乙醇气体传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)将银浆在透明纸基上丝网印刷出叉指电极，固化，形成导电层；