[发明专利]基于Pt颗粒修饰的氧化锡/氧化锌核壳纳米片结构的气敏纳米材料、制备工艺及其应用

说明书

本发明公开了一种基于Pt颗粒修饰的氧化锡/氧化锌核壳纳米片结构的气敏纳米材料、制备工艺及其应用。本发明用化学溶液法制备氧化锡核层纳米片，再结合原子层沉积技术，得到氧化锡/氧化锌核壳结构纳米片，最后采用磁控溅射生长Pt薄膜，实现了MEMS基原位生长。本发明制备方法具有可重复性强，成品率高，制备效率高，可规模化生产等优点。本发明构建的气敏纳米材料应用于气体传感时灵敏度大幅提升，具有高选择性，展现了更加优异的气敏性能。本发明的气敏纳米材料能够对部分微量气体进行检测，并且对硫化氢气体具有优异的选择性，为气体监测领域开发高灵敏度、高稳定性的气体传感器提供了坚实的技术支持。

技术领域

本发明涉及半导体纳米材料制备技术领域，具体的说，涉及一种Pt颗粒修饰的氧化锡/氧化锌核壳纳米片结构的气敏纳米材料、制备工艺及其应用。

背景技术

硫化氢(H₂S)是一种无色、剧毒的气体，是大气中的主要污染物之一，通常在煤矿、石油、污水处理厂等工业生产过程中产生。微量的H₂S气体会对人体健康造成危害，因此有效、准确地检测环境中的H₂S气体具有重要意义。到目前为止，基于不同传感机制的H₂S气体传感器已经得到了广泛的研究，如电化学气体传感器、光学气体传感器和化学气体传感器。基于微机电系统(MEMS)结构的化学气体传感器以其低功耗、集成化、小型化和快速响应等优点引起了人们的广泛关注。

一般来说，ZnO、SnO₂、WO₃、In₂O₃等典型的半导体金属氧化物(SMO)材料在MEMS气体传感器中具有良好的检测特性。其中，n型氧化锡(SnO₂)由于其独特的光电性能、优越的传感性能、低廉的成本和良好的稳定性，被广泛用于高性能气体传感器。先前的研究表明，SnO₂的气体性能与其形貌密切相关，包括纳米棒、纳米片、纳米线和纳米花等形态结构。然而，原始的SnO₂气体传感器通常有响应低和选择性差的缺点。因此，通过金属掺杂、与其他半导体金属氧化物构建杂化结构以及设计核壳结构等方法来提高传感性能引起了人们广泛的关注。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于Pt颗粒修饰的氧化锡/氧化锌核壳纳米片结构的气敏纳米材料、制备工艺及其应用。本发明采用先进的原子层沉积技术，在原子层级精确控制薄膜的厚度并且拥有优异的保形覆盖能力，具有可重复性强，成品率高，制备效率高等优点，同时实现了MEMS基原位生长，为规模化制备Pt颗粒修饰的SnO₂-ZnO核壳纳米片结构提供了一种全新的思路。本发明制备得到的Pt颗粒修饰的SnO₂-ZnO核壳纳米片，作为气敏材料具有高比表面积、高灵敏度、高选择性和优良稳定性的特点。本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种基于Pt颗粒修饰的氧化锡/氧化锌核壳纳米片结构的气敏纳米材料，其

为三层结构，包括SnO₂纳米片薄膜、ZnO薄膜和Pt薄膜；其中：ZnO薄膜在SnO₂纳米片薄膜上方形成氧化锡/氧化锌核壳纳米片，Pt薄膜在氧化锡/氧化锌核壳纳米片上方。

本发明中，Pt颗粒修饰的氧化锡/氧化锌核壳纳米片中氧化锡的制备首先采用原子层沉积技术进行籽晶层的生长，然后采用合成条件极其简单的水热法生长氧化锡纳米片薄膜，氧化锌壳层的制备采用原子层沉积技术，Pt薄膜的生长采用磁控溅射实现。

本发明还提供上述基于Pt颗粒修饰的氧化锡/氧化锌核壳纳米片结构的气敏纳米材料的制备工艺具体步骤如下：

（1）将MEMS器件放入原子层沉积薄膜系统的反应腔中，选择四（二甲氨基）锡TDMASn作为锡源，去离子水作为氧源，采用原子层沉积技术生长SnO₂籽晶层；