基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器。该乙醇传感器包括形成叉指电极的两组电极，以及设置在叉指电极至少一侧表面的氧化锌纳米膜；所述氧化锌纳米膜由六边纤锌矿晶相的氧化锌纳米线构成；所述叉指电极的两组电极不导通，形成所述乙醇传感器的信号输出端。本实用新型专利技术乙醇传感器可以感受因乙醇吸收在氧化锌表面所造成的电阻下降，乙醇传感器的响应度与环境里增加的乙醇气体浓度呈近似线性变化。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器。该乙醇传感器包括形成叉指电极的两组电极，以及设置在叉指电极至少一侧表面的氧化锌纳米膜；所述氧化锌纳米膜由六边纤锌矿晶相的氧化锌纳米线构成；所述叉指电极的两组电极不导通，形成所述乙醇传感器的信号输出端。本技术乙醇传感器可以感受因乙醇吸收在氧化锌表面所造成的电阻下降，乙醇传感器的响应度与环境里增加的乙醇气体浓度呈近似线性变化。【专利说明】基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器
本技术涉及传感器领域，尤其是涉及一种基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器。
技术介绍
2006年，美国佐治亚理工学院教授王中林等成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上最小的发电机-纳米发电机。纳米发电机的基本原理是:当纳米线(NWs，例如氧化锌纳米线)在外力下动态拉伸时，纳米线中生成压电电势，相应瞬变电流在两端流动以平衡费米能级。氧化锌纳米线作为半导体材料，可以应用于乙醇传感器。然后现有乙醇传感器由于氧化锌纳米线的制备方法，具有灵敏度低、响应时间长、制备工艺复杂等缺陷。常规生长氧化锌纳米线的方法为化学生长方法，例如水热法，使氧化锌纳米线在带有种子层的金属层基底表面生长。以往，在氧化锌纳米线生长过程中，培养液中产生的气泡上升到溶液表面且时常被面朝下的基底表面捕获，抑制了氧化锌纳米线在金属层基底表面上均匀生长。
技术实现思路
常规生长纳米线的方法，例如水热法，氧化锌纳米线在金属层基底表面生长取向度较差，比表面积不高。本技术解决的技术问题是提供一种基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，增加了氧化锌纳米结构的比表面积，具有灵敏度高，响应时间短的特点。本技术乙醇传感器可以感受因乙醇吸收在氧化锌表面所造成的电阻下降，乙醇传感器的响应度与环境里增加的乙醇气体浓度呈近似线性变化。本技术采用静电纺丝法-煅烧在叉指电极上生成氧化锌纳米膜，该氧化锌纳米膜由六边纤锌矿晶相的氧化锌纳米线构成。或者，优选的进一步以每根氧化锌纳米线为轴生长氧化锌纳米柱以形成氧化锌纳米柱阵列，该氧化锌纳米柱是在(002)面优势取向的六角柱。由于合成的氧化锌纳米柱(六角柱)的宽高比较高，可以增加氧化锌纳米柱阵列单位体积里的比表面积。由于氧化锌纳米膜跨越在叉指电极之上，而叉指电极的两对电极之间不导通，因此当氧化锌纳米线表面吸附乙醇时，则氧化锌表面多数载流子(电子)浓度增加，电阻减小。产生的电阻变化可以通过外部电路测量。本技术乙醇传感器,灵敏度高、响应时间快，制备工艺简单。为了解决上述技术问题，本技术采用的第一技术方案是:一种基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，包括形成叉指电极的两组电极，以及设置在叉指电极至少一侧表面的氧化锌纳米膜；所述氧化锌纳米膜由六边纤锌矿晶相的氧化锌纳米线构成；所述叉指电极的两组电极不导通，形成所述乙醇传感器的信号输出端。前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，所述氧化锌纳米膜是由六边纤锌矿晶相的氧化锌纳米线平行构成的氧化锌纳米膜。前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，所述氧化锌纳米线是其中掺杂有二氧化锡的氧化锌纳米线膜。前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，所述氧化锌纳米膜是由煅烧静电纺丝获得的聚乙烯类聚合物-锌盐纤维膜制成的氧化锌纳米膜。前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，所述氧化锌纳米膜是由煅烧静电纺丝获得的聚乙烯类聚合物-锌盐-锡盐纤维膜制成的氧化锌纳米膜。前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，所述锌盐是醋酸锌、硝酸锌、草酸锌或它们的水合物；所述聚乙烯类聚合物是聚乙烯醇PVA或聚乙烯吡咯烷酮PVP ;所述锡盐是氯化锡、醋酸锡、硝酸锡或草酸锡。前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，所述氧化锌纳米线的直径为200_300nmo前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，所述氧化锌纳米膜的厚度为500nm_lμ m。前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，以每根构成氧化锌纳米膜的氧化锌纳米线为轴进一步生长有氧化锌纳米柱，构成氧化锌纳米柱阵列，形成带有氧化锌纳米柱的氧化锌纳米膜，所述氧化锌纳米柱是(002)面优势取向的六角柱。前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，所述六角柱横截面最大长度为200-300nm,六角柱高度为2-3 μ m。前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器,所述带有氧化锌纳米柱的氧化锌纳米膜的厚度为5-8 μ m。前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，每立方微米氧化锌纳米膜平均由2-3根氧化锌纳米线构成，氧化锌纳米柱彼此交缠。前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，所述叉指电极是由在基板上沉积或涂布金、铟锡金属氧化物、银、铜或铝形成的叉指电极。前述的基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，所述基板是硅、玻璃或有机玻璃。本技术基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，由于氧化锌纳米膜跨越在叉指电极之上，而叉指电极的两组电极之间不导通，因此当氧化锌纳米线表面吸附乙醇时，则氧化锌表面多数载流子(电子)浓度增加，电阻减小。本技术乙醇传感器灵敏度高、响应时间快，制备工艺简单。【专利附图】【附图说明】图1是叉指电极示意图。图2是静电纺丝经煅烧后由氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米膜XRD谱图，其中氧化锌沉积在镀金的硅芯片上。图3是本技术第二【具体实施方式】所用叉指电极的载体示意图。图4是本技术第二【具体实施方式】所用叉指电极的载体剖面示意图。图5是在本技术第二【具体实施方式】所用叉指电极的载体上进行静电纺丝的过程。图6是在本技术第二【具体实施方式】所用叉指电极的载体上完成静电纺丝后的状态。图7是从本技术第二【具体实施方式】所用叉指电极的载体上取下叉指电极的过程。图8是实施例4乙醇传感器的响应度与环境里增加的乙醇气体浓度近似线性变化关系图。【具体实施方式】为充分了解本技术之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本技术做详细说明。下面详细说明一下本技术的第一【具体实施方式】。一种基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，包括形成叉指电极的两组电极，以及设置在叉指电极至少一侧表面的氧化锌纳米膜；氧化锌纳米膜由六边纤锌矿晶相的氧化锌纳米线构成。图1所示是叉指电极的结构示意图。两组电极形成叉指形状且这两组电极之间不导通，形成所述乙醇传感器的信号输出端。本技术叉指电极采用常规方法制成。具体的，在基板上沉积或涂布电极材料形成叉指电极形状的两组电极。本技术叉指电极厚度约为 50nm-100nm。本技术对叉指电极所用基板没有特殊规定，常规的基板材料均可应用于本技术，例如硅、玻璃或有机玻璃。本技术对电极材料也没有特殊规定，例如金、铟锡金属氧化物(ITO)、银、铜或铝均可应用于本技术。本技术采用的涂布或沉积方法也是现有常规的，例如磁控溅射、电子束或热蒸镀、丝网印刷、或旋转涂布。氧化锌纳米膜由煅烧静电纺丝聚乙烯类聚合物-锌盐纤维膜制成，直径为200-300nm，厚度为500nm_l μ m。优选的，氧化锌纳米线中掺杂有二氧化锡，氧化锌纳米膜由煅烧聚乙烯类聚合物-锌盐-锡盐纤维膜制成。图2所示是该实施方式由氧化锌纳米线构成的氧化锌纳米膜XRD谱图。由图2可以看出ZnO是六边纤锌矿晶相，最强的峰为002面。下面详细说明一下氧化锌纳米膜的制备方法。该方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氧化锌纳米结构的乙醇传感器，其特征在于，包括形成叉指电极的两组电极，以及设置在叉指电极至少一侧表面的氧化锌纳米膜； 所述氧化锌纳米膜由六边纤锌矿晶相的氧化锌纳米线构成； 所述叉指电极的两组电极不导通，形成所述乙醇传感器的信号输出端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶柏盈，
申请(专利权)人：纳米新能源生命科技唐山有限责任公司，
类型：新型
国别省市：河北;13