[发明专利]一种基于WS2

说明书

一种基于WSsubgt;2/subgt;/CuS的柔性室温甲醛传感器及其制备方法，属于半导体气体传感器技术领域及其应用。本发明提供的室温甲醛传感器包括PDMS柔性薄膜基底，对称梳齿电极和涂敷在电极上的WSsubgt;2/subgt;/CuS气敏材料。传感器的制作方法在于，采用一步水热法合成厚度在7～15nm的WSsubgt;2/subgt;超薄纳米片，采用油浴法合成边长在30～50nm的CuS纳米立方体，在超声条件下复合WSsubgt;2/subgt;纳米片与CuS立方体，并通过滴涂法将WSsubgt;2/subgt;/CuS纳米复合材料转移到PDMS柔性电极上制备柔性室温甲醛传感器。本发明提供的传感器具有较高的灵敏度、较低的工作温度、较低的检测下限和良好的甲醛选择性，在环境污染监测以及可穿戴设备方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于气体传感器领域，涉及一种基于WS₂/CuS纳米复合材料的室温甲醛传感器及其制备方法。

背景技术

甲醛是大气中的污染气体之一，无色，有刺激性气味。甲醛是一种VOC气体，在室温条件下极易挥发。甲醛被世界卫生组织划入一类致癌物列表，低浓度的甲醛具有刺激性气味，易引起呼吸道过敏，长期吸入可能导致癌症，而高浓度的甲醛会导致急性中毒症状，严重的可能导致肺水肿，急性支气管哮喘等疾病。近年来随着世界人口的增长以及经济的快速发展，甲醛的排放量急剧增加，因而，监测环境中的甲醛浓度受到了广泛的关注。相较与其他方法，气体传感器在甲醛测量方面有许多独特的优势，如成本低、快速、实时及便捷等。

目前，用于甲醛传感器的敏感材料有半导体金属氧化物、石墨烯、过渡金属硫化物等。市场上的商用甲醛传感器主要采用金属氧化物作为敏感材料，工作温度普遍大于200℃，内置的微加热电极存在短路的风险，在检测易燃易爆气体时存在一定的安全隐患。因此，开发一种工作温度低、灵敏度高、稳定性好的甲醛传感器具有很高的现实意义。

基于过渡金属硫化物的甲醛传感器具有工作温度低，检测限低，选择性好等特点，因而受到了广泛关注。相对其他的过渡金属硫化物，二硫化钨(WS₂)因钨离子价态可变且离子直径较大，能提供额外的气体吸附反应位点，使其对甲烷、甲醛、二氧化氮等气体具有较高的灵敏度，特别是对甲醛具有极好的响应特性，是一种理性的甲醛气敏材料。然而纯WS₂材料在检测甲醛中存在灵敏度低，选择性差，稳定性差等问题。

发明内容

基于纯WS₂材料的甲醛传感器在工作温度为室温25℃，但是其灵敏度小于2％，并且存在选择性差，稳定性差等问题。本发明采用硫化铜(CuS)修饰的方法，提供了一种基于WS₂/CuS纳米复合材料的室温甲醛传感器及其制备方法。

该传感器与其他室温或低温传感器相比，具有较高的灵敏度，较低的检测下限，较快的响应/恢复时间，较好的选择性，提高了气体传感器在室温条件下的应用。所述传感器基于PDMS薄膜衬体，具有柔性可弯折的特点，可用于制作移动可穿戴设备。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于WS₂/CuS的室温甲醛传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：制备WS₂超薄纳米片

S1.1将氯化钨(WCl₆)溶于去离子水中，超声、磁力搅拌后得到均匀的溶液，再加入L-半胱氨酸(C₃H₇NO₂S)，持续搅拌、反应30min；

S1.2将上述反应后的产物转移到高压水热反应釜中，随后将水热反应釜放入烘箱，于220～255℃保温18h～30h，进行水热反应；

S1.3反应结束后，将产物用去离子水洗涤，冷冻干燥，得到WS₂超薄纳米片；