A Semiconductor Hydrogen Sensor Based on graphene network structure belongs to the technical field of hydrogen sensor. The hydrogen sensor comprises an upper electrode layer, a semiconductor thin film layer, a sensing layer, a hydrogen sensitive metal thin film layer and a lower electrode layer arranged in sequence from top to bottom. The sensing layer is a columnar array structure located between the semiconductor thin film layer and the hydrogen sensitive metal thin film layer. Each array unit includes a semiconductor nanocolumn contacted with the semiconductor thin film layer, and a hydrogen sensitive metal thin film contacted with the hydrogen sensitive metal thin film. Metal nanopillars and graphene network structures coated on the side of semiconductor nanopillars and hydrogen-sensitive metal nanopillars. The hydrogen sensor of the invention has the advantages of good selectivity to hydrogen, high sensitivity, fast response speed and high accuracy.
【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯网状结构的半导体型氢气传感器
本专利技术属于氢气传感器
,具体涉及一种基于石墨烯网状结构的半导体型氢气传感器。
技术介绍
现如今,由于化石燃料的有限性及其引发的温室效应和环境污染,使得清洁新能源成为全球开发和利用的研究热点。氢能源以其燃烧效率高、产物无污染等优点成为最具发展前景的新型清洁能源之一;同时,氢气作为一种基本的化工原料,在航天工业、石油化工、冶金工业等领域中有着广泛的应用。然而,氢气在实际应用中存在较大的安全隐患:由于氢气具有分子直径很小、无色无味等特点,在氢的生产、储存、运输及使用等各个环节极容易发生泄漏,不易被察觉,且在空气中含量大于4%时极易发生爆炸,存在巨大的安全隐患。因此,研究与开发一种能检测氢气存在并量化浓度的氢气传感器具有重要的实用价值。特别地,氢元素的探测在太空领域中也有着极其重要的作用与意义。在太阳系元素分布中氢和氦是最丰富的元素,约占原子总数的99%。因此可以说宇宙基本上是由H元素所构成,通过对太空氢元素的探测,对揭示宇宙形成与演化,探索生命的起源、空间环境对人类生存环境的影响,以及对天文学、宇宙学、物质科学、生命科学和思想科学的发展有巨大的推动作用。除此之外,氢元素对地震的预警,太空中逃逸氢元素对水资源变化的揭示都至关重要。因此,研发用于检测极端环境中氢气浓度和氢气泄漏的高灵敏度的氢气传感器,已成为科研工作人员日益关注的重点问题。目前,氢气传感器主要分为电学型、光学型和半导体型。其中,光学型氢气传感器具有精度高、重复性好、测量误差小等优点,但其不足之处是测试系统复杂、不易操作控制并且寿命较短、成本高,不适 ...
【技术保护点】
1.一种基于石墨烯网状结构的半导体型氢气传感器,其特征在于,所述氢气传感器包括自上而下依次设置的上电极层(1)、半导体薄膜层(2)、敏感层、氢敏金属薄膜层(6)和下电极层(7),所述敏感层为位于半导体薄膜层和氢敏金属薄膜层之间的阵列结构,每个阵列单元包括与半导体薄膜层接触的半导体纳米柱(3)、与氢敏金属薄膜接触的氢敏金属纳米柱(5)、以及包覆于半导体纳米柱和氢敏金属纳米柱侧面的石墨烯网状结构(4)。
【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯网状结构的半导体型氢气传感器,其特征在于,所述氢气传感器包括自上而下依次设置的上电极层(1)、半导体薄膜层(2)、敏感层、氢敏金属薄膜层(6)和下电极层(7),所述敏感层为位于半导体薄膜层和氢敏金属薄膜层之间的阵列结构,每个阵列单元包括与半导体薄膜层接触的半导体纳米柱(3)、与氢敏金属薄膜接触的氢敏金属纳米柱(5)、以及包覆于半导体纳米柱和氢敏金属纳米柱侧面的石墨烯网状结构(4)。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯网状结构的半导体型氢气传感器,其特征在于,所述半导体薄膜层为In2O3、ZnO、TiO2或WO3,厚度为50nm~500nm;所述氢敏金属薄膜层为Pd或Pt,厚度为50nm~500nm;所述半导体纳米柱的材料为In2O3、ZnO、TiO2或WO3,氢敏金属纳米柱的材料为Pd或Pt。3.根据权利要求1所述的基于石墨烯网状结构的半导体型氢气传感器,其特征在于,所述上电极层和下电极层为Au或Cu,厚度为100nm~300nm。4.根据权利要求1所述的基于石墨烯网状结构的半导体型氢气传感器,其特征在于,所述敏感层中每个阵列单元的直径为90nm~900nm,高度为0.1μm~1μm。5.根据权利要求1所述的基于石墨烯网状结构的半导体型氢气传感器,其特征在于,所述敏感层的每个阵列单元中,半导体纳米柱的高度为阵列单元高度的1/3~1/2。6.一种基于石墨烯网状结构的半导体型氢气传感器的制备方法,包括以下步骤:步骤1、采用化学气相沉积法在双通AAO模板的孔道内壁沉积一层石墨烯网状结构;步骤2、采用磁控溅射法在步骤1处理后的双通AAO模板的上表面沉积半导体薄膜,下表面沉积氢敏金属薄膜,并使半导体和氢敏金属在AAO孔道内接触连通,形成肖特基结;步骤3、采用磁控溅射法在步骤2处理后的AAO模板的上表面和下表面沉积电极层,并在磷酸溶液中腐蚀AAO模板,得到所述基于石墨烯网状结构的半导体型氢气传感器。7.一种基于石墨烯网状结构的半导体型氢气传感器的制备方法,具体包括以下步骤:步骤1、双通AAO模板的预处理:依次采用酒精、丙酮、去离子水对双通AAO模板进行...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵晓辉,俞一冰,田晓宇,张露莹,蒋洪川,张万里,
申请(专利权)人:电子科技大学,
类型:发明
国别省市:四川,51
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