[发明专利]一种GaN/rGO氨气传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种GaN/rGO氨气传感器及其制备方法，属于气体检测技术领域；所述的GaN/rGO氨气传感器包括固定在传感器衬底薄膜上的敏感材料；所述敏感材料是由可溶性镓盐、尿素与GO纳米片采用溶剂热方法制备得到的GaN/rGO气敏材料；本发明利用溶剂热方法，结构磁控溅射制备欧姆接触电极，用于实现室温下ppb级别氨气的快速稳定检测；本发明所制备的GaN/rGO氨气传感器具有良好的室温响应恢复特性，为医疗和工业生产等领域对氨气的检测提出了高效的技术解决方案。

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，涉及一种气体传感器，具体为一种GaN/rGO氨气传感器及其制备方法。

背景技术

氨气作为生产较多的工业原料，被广泛应用于化学合成、工业制冷、生物燃料、氮肥等领域中。同时，氨气也是一种有刺鼻气味的腐蚀性气体。根据美国职业安全与健康管理局（OSHA）发布的标准，工作环境中的氨浓度应限制在接触8小时25ppm和接触15分钟上限35ppm。如果人类长期暴露在超过安全标准的氨气环境中，会对皮肤、眼睛或呼吸系统产生影响，导致失明和肺部疾病。另一方面，氨气也是肾脏和肺部疾病的生物标志物，可以通过人体呼出气体中氨浓度的增多来诊断肾脏和肺部的有关疾病。

传统的氨气传感器多采用金属氧化物作为气敏材料，但金属氧化物都需要较高的工作温度，这会增加传感器的功耗并降低其的稳定性与寿命，限制了传感器在无线传感与便携式呼气检测系统中的应用。GaN作为最新一代半导体，因其宽禁带（3.4eV）、高载流子迁移速率、高电子饱和速率以及高击穿场强的特点，使其有着长期的物理化学稳定性和可靠性，是高稳定性氨气传感器的理想候选材料。然而，目前的GaN氨气传感器仍存在着工作温度高，响应恢复时间较长的问题，限制了其进一步应用。为了改善这一问题，需要对GaN材料进行表面改性，例如构建纳米复合结构，二维材料的修饰等来降低工作温度、提高材料的气敏性能。已公开的专利申请CN 113035783 A中，构建了石墨烯与GaN异质集成结构，提高了器件质量，但所述器件制备工艺复杂，且并没有应用于气体传感监测。在已公开的专利申请CN 114624288 A中利用石墨烯掺杂聚吡咯来检测氨气，提高了检测稳定性，降低了传感器功耗，但所述传感器的检测下限和响应度都有待提高。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种GaN/rGO氨气传感器及其制备方法，用于实现室温下ppb级别氨气的快速稳定检测，解决现有氨气传感器检测下限和响应度不理想的问题。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种GaN/rGO氨气传感器，包括固定在传感器衬底薄膜上的敏感材料；所述敏感材料是由可溶性镓盐、尿素与GO纳米片采用溶剂热方法制备得到的GaN/rGO气敏材料；所述可溶性镓盐、尿素与GO纳米片的摩尔质量比1:3:1～1:3:3。

优选的，所述的可溶性镓盐为氯化镓、硝酸镓、硫酸镓中的一种。

优选的，所述的溶剂热方法是将可溶性镓盐、尿素与GO纳米片溶解在水中，并滴加含氮有机溶剂至Ga³⁺物质的量浓度为0.05 mol/L～0.2 mol/L；将混合后的溶液置于反应釜中，反应温度为90℃～120℃，反应时间为8h～12 h，再将反应物洗涤离心干燥后氮化处理。

优选的，所述传感器衬底薄膜为衬底上沉积了Ti/Au插指电极的传感器薄膜。

更优的，所述衬底为Si、Al₂O₃、SiC中的一种。

更优的，Ti/Au插指电极的厚度为50~100 nm。

一种GaN/rGO氨气传感器的制备方法，包括以下步骤：