一种柔性微型自驱动常温气体传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种柔性微型自驱动常温气体传感器及其制备方法，属于柔性电子器件的制备技术领域，包括衬底、位于衬底之上的电容器集流体与气体传感器电极结构、聚吡咯薄膜及多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料；所述的电容器集流体与气体传感器电极结构是由圆形电极与平行电极两部分组成，聚吡咯薄膜沉积在圆形电极上，多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料涂覆在平行的电极之间。本实用新型专利技术所使用的供电单元为超级电容器，体积小，充电速度快，安全便捷，可以随身携带。电沉积法制备的聚吡咯薄膜，可以在集流体表面形成一层致密的超薄的薄膜，既节约材料，又可以降低接触电阻。该传感器在常温下就可以对乙醇气体的浓度进行检测，不需额外的加热升温装置。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性微型自驱动常温气体传感器
本技术属于柔性电子器件的制备
，具体涉及一种柔性微型自驱动常温气体传感器及其制备方法。
技术介绍
近年来，由于纳米制造技术的飞速发展，电子器件在朝着柔性化、微型化、集成化方向前进的过程中表现出强劲的发展势头，拓宽了电子器件在人类日常生活中的应用领域和表现形式。众多电子器件中，气体传感器占据着重要的位置，发挥着重要的作用，它可以实时监测人们日常生产生活中产生的易燃、易爆甚至是有毒气体的浓度。因此，制备一种微型便携式能量存储-气体传感器件集成器件显得尤为重要。微型超级电容器(微电容)作为柔性集成单元的能量存储供应单元，与锂离子电池相比，具有功率密度高、使用寿命长、充电时间短、绿色环保等特点。微电容的主要由三部分组成：集流体，电极材料与电解质。其中，提高电极材料在集流体上的有效占有面积是提高电容器性能的突破口。将电极材料均匀分布在衬底上主要有以下几种方法：1、喷涂/浸渍法，这种方法形成的膜状电极材料厚度不均匀，会造成对材料的浪费；2、旋涂法，这种方法虽然可以形成一层较薄较均匀的膜状电极材料，但是集流体与电极材料之间属于间断接触，致使导电性较差，器件的内阻较大；3、印刷法，这种方法虽然可以形成一层致密的薄膜，但是配制可以打印的浆料对材料的选择比较狭窄严苛，成本较高。气体传感器作为集成系统的功能单元，可以实时有效的监测出空气中的有毒有害气体浓度，为安全生产与生活提供保障。乙醇作为一种重要的有机溶剂，在工业，医药，纸巾，香水的合成等方面有广泛的应用。然而，乙醇也是食物和药品的主要成分，一直以来，过度饮酒造成危及生命安全的事故屡见不鲜。因此，开发研制一种便携式乙醇传感器是十分有意义的。但是现在常见的气体传感器大多都需要在高温下工作，而且传感器的灵敏度较低，响应速度也比较慢，难以实现高效迅速的气体监测功能。综上所述，目前制备高性能柔性微电容与常温气体传感器方面仍存在一定的难度，有必要开发一种技术的柔性微型自驱动常温气体传感器集成系统，以进一步满足生产生活需要。
技术实现思路
本技术针对上述问题，提供一种柔性微型自驱动常温气体传感器集成系统，可以对乙醇气体实现连续常温快速的检测。通过感知气体浓度表现为自身电学性能的变化，进而应用于实时监测人体酒精含量的变化。本技术通过如下技术方案实现：一种柔性微型自驱动常温气体传感器，包括衬底、位于衬底之上的电容器集流体与气体传感器电极结构、聚吡咯薄膜及多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料；其中，所述的电容器集流体与气体传感器电极结构是由圆形电极与平行电极两部分组成，聚吡咯薄膜沉积在圆形电极上，多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料涂覆在平行的电极之间。进一步地，所述的圆形电极沟道的间距为100μm。进一步地，所述的平行电极之间的距离为150μm。进一步地，所述的平行电极的结构为方块形、叉指型或圆形。一种柔性微型自驱动常温气体传感器的制备方法，具体步骤如下：(1)、将衬底分别在乙醇和去离子水中清洗，然后烘干；(2)、在衬底上旋涂光刻胶，厚度为100nm-200nm，放上掩膜板，光刻、显影，然后镀金膜，最后用丙酮剥离，即得到电容器集流体与气体传感器电极结构；其中，掩膜板的结构是由圆形电极与平行电极两部分组成；(3)、在光刻后的圆形电极上采用电沉积法原位沉积聚吡咯薄膜，厚度为30μm-50μm，沉积好聚吡咯薄膜后，涂上固体电解质，厚度为500μm-800μm；在光刻后的2个平行电极之间旋涂多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料，厚度为200nm-300nm。进一步地，步骤(2)所述的镀金膜的厚度至少为50nm。进一步地，步骤(3)所述的电沉积的时间为4-5min，电压为0-0.8V，方法为循环伏安法。进一步地，步骤(3)所述的聚吡咯是将吡咯单体与高氯酸钠按照体积比为5：100配制成而成。进一步地，步骤(3)所述的旋涂，转速为500转每秒，次数为2次。进一步地，步骤(3)所述的多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料，通过如下方法制备得到，具体步骤如下：首先，将多壁碳纳米管与苯胺单体按照1：2的质量比加入到1M/L中高氯酸溶液中，0℃下搅拌30分钟；然后，向上述溶液中以体积比3:1滴加密度为6*10-3kg/L的过硫酸铵溶液，将混合溶液在0℃条件下搅拌24小时，聚合后的聚苯胺纳米棒阵列均匀地生长在碳纳米管上；最后，将得到的多壁碳纳米管@聚苯胺纳米复合材料，分别用去离子水、甲醇和乙醇洗涤，洗涤之后的纳米材料在60℃真空干燥24小时。进一步地，所述的多壁碳纳米管与苯胺单体的混合液与高氯酸溶液的体积比为1：5。与现有技术相比，本技术的优点如下：(1)本技术所使用的供电单元为超级电容器，体积小，充电速度快，安全便捷，可以随身携带。(2)电沉积法制备的聚吡咯薄膜，可以在集流体表面形成一层致密的超薄的薄膜，既节约材料，又可以降低接触电阻。(3)所使用的掩膜板，既有适合于电容器的圆形电极结构，又有匹配气体传感器的平行的方块电极，这两种电极可以通过一步光刻法同时得到。(4)乙醇传感器在常温下就可以对乙醇气体的浓度进行检测，不需要额外的加热升温装置。(5)所制备的柔性超级电容器集成常温乙醇传感器集成系统总大小为2cm*4cm，基底为PET，在产生一定形变下仍然可以正常工作，在可穿戴设备方面具有极大的应用潜能。附图说明图1为本技术的一种柔性微型自驱动常温气体传感器的电极结构的结构示意图；其中，(a)为电极结构的光学结构图，(b)为光刻后的电极的PET片的光学结构图；图2为本技术的采用电沉积法原位沉积的沉积过程图；其中，铂电极1、工作电极2、参比电极3；图3为本技术的该柔性微型自驱动常温气体传感器的结构示意图；图4为本技术采用的聚吡咯薄膜的SEM图；其中，(a)为聚吡咯薄膜表面图，(b)为聚吡咯薄膜横截面图；图5为本技术的多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料的SEM图；图6为本技术的一种柔性微型自驱动常温气体传感器进行循环伏安与恒流充放电测试的电化学性能图；其中，(a)为柔性微型电容器器件在不同扫描速率下的循环伏安曲线，(b)为柔性微型电容器器件在不同电流密度下的恒流充放电曲线。图7为本技术的一种柔性微型自驱动常温气体传感器在常温下测试其对乙醇的灵敏度曲线。图8为本技术的一种柔性微型自驱动常温气体传感器进行不同弯曲时电化学性能变化曲线。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步地说明。实施例1一种柔性微型自驱动常温气体传感器，包括衬底、位于衬底之上的电容器集流体与气体传感器电极结构、聚吡咯薄膜及多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料；其中，所述的电容器集流体与气体传感器电极结构是由圆形电极与平行电极两部分组成，聚吡咯薄膜沉积在圆形电极上，多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料涂覆在平行的电极上。进一步地，所述的圆形电极沟道的间距为100μm。进一步地，所述的平行电极之间的距离为150μm。进一步地，所述的平行电极的结构为方块形、叉指型或圆形。一种柔性微型自驱动常温气体传感器的制备方法，具体步骤如下：(3)、在光刻后的圆形电极上采用电沉积法原位沉积聚吡咯薄膜，厚度为30μm-50μm，沉积好聚吡咯薄膜后，涂上固体电解质，厚度为500μm-800μm；在光刻后的2个平行电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性微型自驱动常温气体传感器，其特征在于，包括衬底、位于衬底之上的电容器集流体与气体传感器电极结构、聚吡咯薄膜及多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料；其中，所述的电容器集流体与气体传感器电极结构是由圆形电极与平行电极组成的，聚吡咯薄膜沉积在圆形电极上，多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料涂覆在平行的电极之间。

【技术特征摘要】
1.一种柔性微型自驱动常温气体传感器，其特征在于，包括衬底、位于衬底之上的电容器集流体与气体传感器电极结构、聚吡咯薄膜及多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料；其中，所述的电容器集流体与气体传感器电极结构是由圆形电极与平行电极组成的，聚吡咯薄膜沉积在圆形电极上，多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料涂覆在平行的电极之间。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：韩炜，李腊，付成伟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22