一種多層石墨烯氣體傳感器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種多層石墨烯氣體傳感器，在石墨烯層之間交替分別形成多孔氧化錫層和多孔氧化鋅層，由于石墨烯層的導(dǎo)電性，使得多孔氧化錫層和多孔氧化鋅層層的電性變化能夠迅速地通過石墨烯以及連接金屬電極進(jìn)行探測(cè)，并且交替設(shè)置的多孔氧化錫層和多孔氧化鋅層在氣體通過時(shí)兩層的電性能分別變化，進(jìn)一步提升了傳感器的靈敏度，另外多層結(jié)構(gòu)更能充分利用接觸待檢測(cè)氣體，使得傳感器的穩(wěn)定性得到了很大的提升。

A multilayer graphene gas sensor

The invention discloses a multilayer graphene gas sensor, between the graphene layers alternately formed porous tin oxide layer and a porous layer of Zinc Oxide, because the conductivity of graphene layers, the porous tin oxide layer and the porous layers of Zinc Oxide electrical changes quickly through graphene and detect and connect the metal electrode. Alternately arranged porous tin oxide layer and a porous layer in Zinc Oxide when the gas passes through the electrical properties of two layers respectively changes, to further enhance the sensitivity of the sensor, the multilayer structure can make full use of the contact detecting gas, so that the sensor stability has been greatly improved.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種多層石墨烯氣體傳感器
本專利技術(shù)涉及一種傳感器，具體涉及一種多層石墨烯氣體傳感器。
技術(shù)介紹
氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉(zhuǎn)換成可以被人員、儀器儀表、計(jì)算機(jī)等利用的信息的裝置！氣體傳感器一般被歸為化學(xué)傳感器的一類，盡管這種歸類不一定科學(xué)。“氣體傳感器”包括：半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器等。石墨烯是一種由碳原子形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個(gè)原子層厚度的準(zhǔn)二維材料，所以又叫做單原子層石墨。它的厚度大約為0.335μm，根據(jù)制備方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大約1μm左右，是除金剛石以外所有碳晶體的基本結(jié)構(gòu)單元。石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)。用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)快數(shù)百倍。另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體分子也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料。目前石墨烯在氣體傳感器上的應(yīng)用已經(jīng)被廣泛研究，但其中的潛力并沒有被完全挖掘出來，因此基于石墨烯的氣體傳感器，尤其是與其它材料相結(jié)合的氣體傳感器還有很大的開發(fā)空間，在該領(lǐng)域還有很多值得發(fā)現(xiàn)和尋找的各種結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)與材料組合的氣體傳感器。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供一種新型結(jié)構(gòu)的基于多層石墨烯氣體傳感器，它能夠加速載流子的收集，充分利用接觸待檢測(cè)氣體，使得傳感器的靈敏度得到很大的提升。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：一種多層石墨烯氣體傳感器，其特征在于，包含：基板，所述基板為絕緣性基板；多個(gè)石墨烯層，所述多個(gè)石墨烯層分為多個(gè)奇數(shù)層石墨烯和多個(gè)偶數(shù)層石墨烯，其中所述偶數(shù)層石墨烯與下一層的奇數(shù)層石墨烯之間形成有多孔氧化錫層，所述偶數(shù)層石墨烯與上一層的奇數(shù)層石墨烯之間形成有多孔氧化鋅層；所述多個(gè)奇數(shù)層石墨烯的位置在垂直方向上投影重疊，所述多個(gè)偶數(shù)層石墨烯的位置也在垂直方向上投影重疊，所述奇數(shù)層石墨烯和偶數(shù)層石墨烯在水平方向上交錯(cuò)設(shè)置，且所述多孔氧化錫層和所述多孔氧化鋅層只在交錯(cuò)位置上形成；所述奇數(shù)層石墨烯和所述偶數(shù)層石墨烯中的非交錯(cuò)位置部分分別形成金屬電極。進(jìn)一步地，一個(gè)所述奇數(shù)層石墨烯、該奇數(shù)層石墨烯上的多孔氧化錫層、該多孔氧化錫層上的偶數(shù)層石墨烯和該偶數(shù)層石墨烯上的多孔氧化鋅層作為一個(gè)周期單元，所述周期單元的周期數(shù)為5-50。進(jìn)一步地，所述多孔氧化錫層的厚度范圍為20-150μm，所述多孔氧化鋅層的厚度范圍為30-120μm。進(jìn)一步地，所述石墨烯層的層數(shù)為1-5層。進(jìn)一步地，所述石墨烯層的表面還形成有硅量子點(diǎn)或碳量子點(diǎn)。進(jìn)一步地，所述基板為柔性襯底。進(jìn)一步地，所述石墨烯層還可以是氮、磷或砷摻雜的石墨烯。進(jìn)一步地，所述金屬電極的金屬材料選自下列材料：銀、銅、鈀、鋅、鉑或者金。本專利技術(shù)的有益效果在于：本專利技術(shù)提供了一種新穎的基于石墨烯的氣體傳感器，在石墨烯層之間交替分別形成多孔氧化錫層和多孔氧化鋅層，由于石墨烯層的導(dǎo)電性，使得多孔氧化錫層和多孔氧化鋅層層的電性變化能夠迅速地通過石墨烯以及連接金屬電極進(jìn)行探測(cè)，并且交替設(shè)置的多孔氧化錫層和多孔氧化鋅層在氣體通過時(shí)兩層的電性能分別變化，進(jìn)一步提升了傳感器的靈敏度，另外多層結(jié)構(gòu)更能充分利用接觸待檢測(cè)氣體，使得傳感器的穩(wěn)定性得到了很大的提升。附圖說明圖1為本專利技術(shù)多層石墨烯氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，為了能夠清晰地體現(xiàn)具體結(jié)構(gòu)，雖然在附圖中各個(gè)層在圖中是分離的，但這僅僅是為了更直觀的表明各個(gè)層之間的關(guān)系，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠知曉本專利技術(shù)最終的狀態(tài)。參見圖1，本專利技術(shù)提供一種多層石墨烯氣體傳感器10，包含：基板1，所述基板為絕緣性基板；多個(gè)石墨烯層，所述多個(gè)石墨烯層分為多個(gè)奇數(shù)層石墨烯2和多個(gè)偶數(shù)層石墨烯3，其中所述偶數(shù)層石墨烯3與下一層的奇數(shù)層石墨烯2之間形成有多孔氧化錫層4，所述偶數(shù)層石墨烯3與上一層的奇數(shù)層石墨烯2之間形成有多孔氧化鋅層5；所述多個(gè)奇數(shù)層石墨烯2的位置在垂直方向上投影重疊，所述多個(gè)偶數(shù)層石墨烯3的位置也在垂直方向上投影重疊，所述奇數(shù)層石墨烯2和偶數(shù)層石墨烯3在水平方向上交錯(cuò)設(shè)置，且所述多孔氧化錫層4和所述多孔氧化鋅層5只在交錯(cuò)位置上形成；所述奇數(shù)層石墨烯2和所述偶數(shù)層石墨烯3中的非交錯(cuò)位置部分分別形成金屬電極6，即多個(gè)奇數(shù)層石墨烯2不形成多孔氧化錫層4或多孔氧化鋅層6的地方用于連接一金屬電極6，同樣地多個(gè)偶數(shù)層石墨烯3也在不形成功能層的地方連接至金屬電極6，多孔氧化錫層或多孔氧化鋅層通過掩模法進(jìn)行沉積，而石墨烯層則可以預(yù)先在銅基底上制備完成，然后轉(zhuǎn)移至對(duì)應(yīng)的層上。一個(gè)所述奇數(shù)層石墨烯2、該奇數(shù)層石墨烯上的多孔氧化錫層4、該多孔氧化錫層4上的偶數(shù)層石墨烯3和該偶數(shù)層石墨烯3上的多孔氧化鋅層6作為一個(gè)周期單元，所述周期單元的周期數(shù)為5-50，圖1中示出了周期單元的周期數(shù)為5的多層石墨烯氣體傳感器。所述多孔氧化錫層的厚度范圍為20-150μm，所述多孔氧化鋅層的厚度范圍為30-120μm，通過具體的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多孔氧化錫層或者多孔氧化鋅層的厚度不能太厚也不能太薄，太薄時(shí)的光電轉(zhuǎn)換率極低，而太厚時(shí)，本專利技術(shù)中使用的氣體傳感器相對(duì)于單一的氧化錫或氧化鋅氣體傳感器并沒有特別的優(yōu)勢(shì)。所述石墨烯層的層數(shù)為1-5層，石墨烯層的厚度保持在1-5層時(shí)有較好的效率，這可能是1-5層的石墨烯載流子傳導(dǎo)效率最高。所述石墨烯層的表面還形成有硅量子點(diǎn)或碳量子點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)比較了使用硅量子點(diǎn)或碳量子點(diǎn)的加入與否能否增大效率，最終發(fā)現(xiàn)加入硅量子點(diǎn)或者碳量子點(diǎn)能夠進(jìn)一步提升氣體傳感器的效率。所述基板為柔性襯底，柔性襯底包括PET襯底或PI襯底，通過使用柔性襯底，能夠使本專利技術(shù)的多層石墨烯氣體傳感器的適用范圍更廣，且結(jié)合石墨烯的柔性可以使得本專利技術(shù)的氣體傳感器成為柔性傳感器。所述石墨烯層還可以是氮、磷或砷摻雜的石墨烯。實(shí)施例：參見圖2，本實(shí)施例提供一種多層石墨烯氣體傳感器，包含：基板，所述基板為絕緣性基板，選用PET襯底；多個(gè)氮摻雜石墨烯層，所述多個(gè)石墨烯層分為多個(gè)奇數(shù)層氮摻雜石墨烯21和多個(gè)偶數(shù)層石墨烯31，其中所述偶數(shù)層氮摻雜石墨烯31與下一層的奇數(shù)層氮摻雜石墨烯21之間形成有多孔氧化錫層4，所述偶數(shù)層氮摻雜石墨烯31與上一層的奇數(shù)層氮摻雜石墨烯21之間形成有多孔氧化鋅層5；一個(gè)所述奇數(shù)層氮摻雜石墨烯21、該奇數(shù)層氮摻雜石墨烯21上的多孔氧化錫層4、該多孔氧化錫層4上的偶數(shù)層氮摻雜石墨烯31和該偶數(shù)層氮摻雜石墨烯31上的多孔氧化鋅層5作為一個(gè)周期單元，所述周期單元的周期數(shù)為6。所述多孔氧化錫層4的厚度為20μm，所述多孔氧化鋅層5的厚度為30μm。所述石墨烯層的層數(shù)為單層石墨烯，所述石墨烯層的表面還形成有硅量子點(diǎn)(圖中未示出)。所述多個(gè)石墨烯層分為多個(gè)奇數(shù)層石墨烯2和多個(gè)偶數(shù)層石墨烯3，其中所述偶數(shù)層石墨烯3與下一層的奇數(shù)層石墨烯2之間形成有多孔氧化錫層4，所述偶數(shù)層石墨烯3與上一層的奇數(shù)層石墨烯2之間形成有多孔氧化鋅層5；所述多個(gè)奇數(shù)層石墨烯2的位置在垂直方向上投影重疊，所述多個(gè)偶數(shù)層石墨烯3本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種多層石墨烯氣體傳感器，其特征在于，包含：基板，所述基板為絕緣性基板；多個(gè)石墨烯層，所述多個(gè)石墨烯層分為多個(gè)奇數(shù)層石墨烯和多個(gè)偶數(shù)層石墨烯，其中所述偶數(shù)層石墨烯與下一層的奇數(shù)層石墨烯之間形成有多孔氧化錫層，所述偶數(shù)層石墨烯與上一層的奇數(shù)層石墨烯之間形成有多孔氧化鋅層；所述多個(gè)奇數(shù)層石墨烯的位置在垂直方向上投影重疊，所述多個(gè)偶數(shù)層石墨烯的位置也在垂直方向上投影重疊，所述奇數(shù)層石墨烯和偶數(shù)層石墨烯在水平方向上交錯(cuò)設(shè)置，且所述多孔氧化錫層和所述多孔氧化鋅層只在交錯(cuò)位置上形成；所述奇數(shù)層石墨烯和所述偶數(shù)層石墨烯中的非交錯(cuò)位置部分分別形成金屬電極。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種多層石墨烯氣體傳感器，其特征在于，包含：基板，所述基板為絕緣性基板；多個(gè)石墨烯層，所述多個(gè)石墨烯層分為多個(gè)奇數(shù)層石墨烯和多個(gè)偶數(shù)層石墨烯，其中所述偶數(shù)層石墨烯與下一層的奇數(shù)層石墨烯之間形成有多孔氧化錫層，所述偶數(shù)層石墨烯與上一層的奇數(shù)層石墨烯之間形成有多孔氧化鋅層；所述多個(gè)奇數(shù)層石墨烯的位置在垂直方向上投影重疊，所述多個(gè)偶數(shù)層石墨烯的位置也在垂直方向上投影重疊，所述奇數(shù)層石墨烯和偶數(shù)層石墨烯在水平方向上交錯(cuò)設(shè)置，且所述多孔氧化錫層和所述多孔氧化鋅層只在交錯(cuò)位置上形成；所述奇數(shù)層石墨烯和所述偶數(shù)層石墨烯中的非交錯(cuò)位置部分分別形成金屬電極。2.如權(quán)利要求1所述的多層石墨烯氣體傳感器，其特征在于，一個(gè)所述奇數(shù)層石墨烯、該奇數(shù)層石墨烯上的多孔氧化錫層、該多孔氧化錫層上的偶數(shù)層石墨烯和該偶數(shù)層石墨烯上的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃曉敏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：黃曉敏，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44