一種雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器及其制備方法和應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器及其制備方法和應(yīng)用，屬于半導(dǎo)體氧化物氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種空心微球ZnO作為傳感層、Bi<subgt;2</subgt;Sn<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;納米顆粒作為覆蓋層的雙層膜丙酮?dú)怏w傳感器，Bi<subgt;2</subgt;Sn<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;作為燒綠石結(jié)構(gòu)氧化物是近年來(lái)研究者們探究新材料的一個(gè)方向，錫酸鉍在單位細(xì)胞中有352個(gè)原子，是用粉末衍射解決的最復(fù)雜的氧化物晶體結(jié)構(gòu)之一，Bi<subgt;2</subgt;Sn<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;納米顆粒基覆蓋層的構(gòu)筑引入，提高了氧化鋅基傳感層的靈敏度、選擇性和抗?jié)裥裕c單層ZnO丙酮?dú)怏w傳感器相比，雙層膜結(jié)構(gòu)(Bi<subgt;2</subgt;Sn<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;覆蓋層/空心微球ZnO傳感層)丙酮?dú)怏w傳感器對(duì)0.5～1000ppm的丙酮?dú)怏w的靈敏度、選擇性和抗?jié)裥杂辛嗣黠@的提高。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體氧化物氣體傳感器，尤其涉及一種雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器及其制備方法和應(yīng)用。

技術(shù)介紹

1、丙酮?dú)怏w被認(rèn)為是糖尿病早期診斷的關(guān)鍵呼氣標(biāo)志物。在健康個(gè)體中，呼吸中的丙酮濃度在0.3～0.9ppm之間。然而，據(jù)報(bào)道，在糖尿病患者呼出的氣體中，丙酮濃度超過1.8ppm。因此，檢測(cè)丙酮?dú)怏w濃度已成為糖尿病早期監(jiān)測(cè)的一種新方法。在糖尿病的早期階段進(jìn)行更好的管理，不僅有可能減少與該疾病相關(guān)的死亡率，而且有可能降低醫(yī)療成本。丙酮傳感器因其在糖尿病診斷中的應(yīng)用前景廣闊而被認(rèn)為是一個(gè)有吸引力的研究領(lǐng)域。金屬氧化物半導(dǎo)體(mos)氣體傳感器具有易于集成、制造簡(jiǎn)單和成本低的優(yōu)點(diǎn)，而受到廣泛關(guān)注。然而，金屬氧化物半導(dǎo)體是潛在的呼吸檢測(cè)候選人，但是mos化學(xué)傳感器的水中毒問題嚴(yán)重阻礙了其在呼吸檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用。在過去的60年里，傳感器的水中毒一直是高可靠性氣體傳感構(gòu)筑的主要障礙。減少水蒸氣對(duì)氣體敏感特性的影響仍然具有挑戰(zhàn)性。由于環(huán)境濕度會(huì)隨著氣候、天氣、季節(jié)、晝夜、地理位置等因素的變化而變化。

2、基于氧化鋅(zno)的氣體傳感器具有穩(wěn)定性高、合成工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在丙酮?dú)怏w檢測(cè)中顯示出巨大的潛力。研究結(jié)果表明，通過控制zno納米材料的微觀結(jié)構(gòu)(比表面積、孔隙率等)、組分和氧缺陷位，可以顯著提高傳感器的丙酮傳感性能。但是，基于純相zno的氣體傳感器仍存在選擇性差、靈敏度低、抗?jié)裥圆畹膯栴}。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器及其制備方法和應(yīng)用。本專利技術(shù)提供的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器選擇性好、靈敏度高，且抗?jié)裥院谩?/p>

2、為了實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)提供以下技術(shù)方案：

3、本專利技術(shù)提供了一種雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，包括al2o3襯底和在所述al2o3襯底表面依次層疊的傳感層和覆蓋層，所述傳感層的材質(zhì)為空心微球zno，所述覆蓋層的材料為bi2sn2o7納米顆粒。

4、優(yōu)選地，所述傳感層的厚度為11～13μm。

5、優(yōu)選地，所述覆蓋層的厚度為14～16μm。

6、優(yōu)選地，?所述空心微球zno的直徑為0.3～2μm，微球殼層厚度為6.2～9.4nm。

7、優(yōu)選地，所述bi2sn2o7納米顆粒的粒徑為40～100nm。

8、優(yōu)選地，所述al2o3襯底的長(zhǎng)為2.5～3.5mm，?寬為2.5～3.5mm，厚為0.2～0.3mm；所述al2o3襯底的背面設(shè)有2個(gè)分立的矩形金電極，所述al2o3襯底的正面設(shè)有2個(gè)分立的矩形金電極以及2個(gè)分立的l形金電極。

9、本專利技術(shù)還提供了上述技術(shù)方案所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器的制備方法，包括以下步驟：

10、將空心微球zno粉末和分散溶劑混合，得到漿料；

11、將所述漿料涂覆在al2o3襯底表面后進(jìn)行第一次煅燒，得到傳感層；

12、將bi2sn2o7納米顆粒粉末和分散溶劑混合，得到漿狀物；

13、將所述漿狀物涂覆在所述傳感層表面后進(jìn)行第二次煅燒，形成覆蓋層，得到所述雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器。

14、優(yōu)選地，所述第一次煅燒和第二次煅燒的溫度獨(dú)立地為200～300℃，時(shí)間獨(dú)立地為2～3h。

15、本專利技術(shù)還提供了上述技術(shù)方案所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器或上述技術(shù)方案所述制備方法制得的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器在丙酮檢測(cè)中的應(yīng)用，所述丙酮的濃度為0.5～1000ppm。

16、優(yōu)選地，所述丙酮的濃度為0.5～1ppm。

17、本專利技術(shù)提供了一種雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，包括al2o3襯底和在所述al2o3襯底表面依次層疊的傳感層和覆蓋層，所述傳感層的材質(zhì)為空心微球zno，所述覆蓋層的材質(zhì)為bi2sn2o7納米顆粒。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果如下：

19、本專利技術(shù)提供了一種空心微球zno作為傳感層、bi2sn2o7納米顆粒作為覆蓋層的雙層膜丙酮?dú)怏w傳感器，bi2sn2o7(錫酸鉍)作為燒綠石結(jié)構(gòu)氧化物(a2b2o7)是近年來(lái)研究者們探究新材料的一個(gè)方向，錫酸鉍在單位細(xì)胞中有352個(gè)原子，是用粉末衍射解決的最復(fù)雜的氧化物晶體結(jié)構(gòu)之一，bi2sn2o7納米顆粒基覆蓋層的構(gòu)筑引入，提高了氧化鋅基傳感層的靈敏度、選擇性和抗?jié)裥裕c單層zno丙酮?dú)怏w傳感器相比，雙層膜結(jié)構(gòu)(bi2sn2o7覆蓋層/空心微球zno傳感層)丙酮?dú)怏w傳感器對(duì)0.5～1000ppm的丙酮?dú)怏w的靈敏度、選擇性和抗?jié)裥杂辛嗣黠@的提高；且本專利技術(shù)擴(kuò)展了bi2sn2o7納米功能材料的應(yīng)用領(lǐng)域，采用這種策略為呼吸分析和構(gòu)建具有更高性能的電子鼻開辟了新途徑。

20、進(jìn)一步地，本專利技術(shù)所采用的平面式結(jié)構(gòu)傳感器制作工藝簡(jiǎn)單，體積小，利于工業(yè)上批量生產(chǎn)。

21、本專利技術(shù)還提供了上述技術(shù)方案所述制備方法制得的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，合成方法簡(jiǎn)單，成本低廉。

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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

1.一種雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，其特征在于，包括Al2O3襯底和在所述Al2O3襯底表面依次層疊的傳感層和覆蓋層，所述傳感層的材質(zhì)為空心微球ZnO，所述覆蓋層的材料為Bi2Sn2O7納米顆粒。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，其特征在于，所述傳感層的厚度為11～13μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，其特征在于，所述覆蓋層的厚度為14～16μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，其特征在于，所述空心微球ZnO的直徑為0.3～2μm，微球殼層厚度為6.2～9.4nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，其特征在于，所述Bi2Sn2O7納米顆粒的粒徑為40～100nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，其特征在于，所述Al2O3襯底的長(zhǎng)為2.5～3.5mm，寬為2.5～3.5mm，厚為0.2～0.3mm；所述Al2O3襯底的背面設(shè)有2個(gè)分立的矩形金電極，所述Al2O3襯底的正面設(shè)有2個(gè)分立的矩形金電極以及2個(gè)分立的L形金電極。</p>

7.權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述第一次煅燒和第二次煅燒的溫度獨(dú)立地為200～300℃，時(shí)間獨(dú)立地為2～3h。

9.權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器或權(quán)利要求7或8所述制備方法制得的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器在丙酮檢測(cè)中的應(yīng)用，所述丙酮的濃度為0.5～1000ppm。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述丙酮的濃度為0.5～1ppm。

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【技術(shù)特征摘要】

1.一種雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，其特征在于，包括al2o3襯底和在所述al2o3襯底表面依次層疊的傳感層和覆蓋層，所述傳感層的材質(zhì)為空心微球zno，所述覆蓋層的材料為bi2sn2o7納米顆粒。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，其特征在于，所述傳感層的厚度為11～13μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，其特征在于，所述覆蓋層的厚度為14～16μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，其特征在于，所述空心微球zno的直徑為0.3～2μm，微球殼層厚度為6.2～9.4nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳感器，其特征在于，所述bi2sn2o7納米顆粒的粒徑為40～100nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層膜結(jié)構(gòu)丙酮?dú)怏w傳...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：盧革宇，陶偉，孫鵬，王天雙，趙留鵬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：吉林大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：