一种纳米复合结构气敏材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米复合结构气敏材料的制备方法，属于敏感材料技术领域。本方法的制备方法区别于现有采用混合溶液体系制备气敏材料，通过分步制备首先在基片上形成二氧化钛纳米管和氧化石墨烯量子点形成复合纳米结构的薄膜，然后通过激光照射还原氧化石墨烯量子点得到团案化薄膜，在避免石墨烯量子点与二氧化钛纳米管难以混合的缺陷的同时，基于物理膨胀效应使得RGO与二氧化钛纳米管进行有效复合形成具有多维度特征的材料，从而显著增加复合纳米结构的表面积和开放性，有利于气体分子的吸附和脱附，显著提高气敏材料的灵敏度；最后再沉积超薄纳米金属氧化物层，不仅保证复合纳米结构的稳定性，而且提高了材料对气体的选择性。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米复合结构气敏材料的制备方法
本专利技术属于敏感材料
，特别是涉及一种纳米复合结构气敏材料的制备方法。
技术介绍
气敏材料涉及敏感材料表面与气体分子间的相互作用，或者引起敏感材料的电学性能发生变化，而产生气敏信号。而气敏信号的产生会涉及到气体在气敏材料表面的吸附以及和气体分子与气敏材料间的电荷转移。在上述过程中较为关键的是提高敏感材料与气体分子之间的作用效果。因此，如何发展出一种新型气敏材料以解决上述问题成为本领域的研究重点。由于纳米结构的材料体系具有比表面积大、结构开放的优势，故而在气敏材料领域具有极其重要的应用价值。而纳米结构的复合不仅能够改善材料的形貌与结构，而且各材料之间的协同效应也有望提升气敏材料体系的灵敏度和选择性。故此，如何通过稳定的组装方法使得量子点、纳米线、纳米管等纳米结构实现多维度的纳米结构体系成为了本领域的热点。然而，由于不同纳米结构之间存在表面效应，导致纳米结构材料的堆叠效应严重，故在实现稳定组装还具有较大难度。因此，如何结合有效的制备工艺以获得稳定的纳米复合结构成为本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种制备还原氧化石墨烯量子点与二氧化钛纳米管形成稳定复合结构材料的方法，本专利技术通过物理膨胀效应，使得RGO与二氧化钛纳米管进行有效复合形成具有多维度特征的材料，从而显著增加复合纳米结构的表面积和开放性，有利于气体分子的吸附和脱附，从而大大提高气体传感器的灵敏度和选择性。为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种纳米复合结构气敏材料的制备方法，其特征在于，包括：在基片上形成氧化石墨烯量子点和二氧化钛纳米管相复合的薄膜，然后采用激光照射法还原氧化石墨烯量子点，再在制得的还原氧化石墨烯量子点与二氧化钛纳米管的复合结构上形成纳米金属氧化物薄膜，最终制得还原氧化石墨烯量子点、二氧化钛纳米管与纳米金属氧化物薄膜复合纳米结构材料。进一步地，本专利技术中在基片上形成氧化石墨烯量子点和二氧化钛纳米管相复合的薄膜具体采用如下操作：将氧化石墨烯量子点分散液和二氧化钛纳米管分散液这两种分散液采用同时气喷的方式喷涂于基片表面制膜，然后经干燥处理后得到氧化石墨烯量子点和二氧化钛纳米管复合结构的材料。作为优选实施方法，上述氧化石墨烯量子点分散液的浓度为1.5mg/mL～2.0mg/mL，二氧化钛纳米管分散液的浓度为0.5mg/mL～1.0mg/mL。进一步地，本专利技术中制备金属氧化物薄膜的方法包括但不局限于：原子层沉积法、化学气相沉积法以及分子束外延法。进一步地，本专利技术中纳米金属氧化物薄膜的材料为纳米氧化铝、纳米氧化钌、纳米氧化铁、纳米氧化锡、纳米氧化锆或者纳米氧化锌；进一步地，本专利技术中金属氧化物薄膜的厚度为5～10nm。本专利技术区别于现有采用溶液混合体系制备气敏材料，通过分步制备先在基片上形成氧化石墨烯和二氧化钛纳米管复合结构的薄膜，然后再采用激光照射使得氧化石墨烯量子点还原为还原石墨烯量子点，在激光还原的过程中，量子点产生物理膨胀效应形成凸起结构进而能够与二氧化钛纳米管有效复合，从而显著增加复合纳米结构的表面积和开放性，有利于气体分子的吸附和脱附，提高了气敏材料的选择性和灵敏度；本专利技术在还原氧化石墨烯量子点与二氧化钛纳米管的复合结构上形成超薄金属氧化物层，保证了形成多维度材料的结构稳定性，并且金属氧化物薄膜同时也改善了复合纳米结构对气体分子的选择性。相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1).本专利技术采用同时气喷氧化石墨烯量子点与二氧化钛纳米管再激光还原氧化石墨烯量子点的技术手段，有效避免了石墨烯量子点与二氧化钛纳米管难以混合的缺陷，同时，在激光还原过程中，由于物理膨胀效应使得量子点与纳米管有效复合，从而显著增加复合纳米结构的表面积和开放性，有利于气体分子的吸附和脱附，提高了气敏材料的选择性和灵敏度。(2).本专利技术在还原氧化石墨烯量子点与二氧化钛纳米管的复合结构上形成超薄纳米金属氧化物层，不仅保证了量子点与纳米管相复合表面结构的稳定性，而且金属氧化物的引入有利于增强复合气敏材料对于气体的选择性。(3).运用本专利技术制备方法具有简单可控、环保的优势，激光还原工序能够实现复合纳米结构的图案化，并且有利于实现器件的直接组装。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术工艺流程进行详细说明：实施例1：步骤1：称取石墨烯量子点15mg溶解于9.8ml去离子水中，配制得到10mL浓度为1.5mg/mL的氧化石墨烯量子点分散液；称取二氧化钛纳米管10mg溶解于9.6ml乙醇中，配制得到10mL浓度为1.0mg/mL的二氧化钛纳米管分散液；步骤2：分别量取氧化石墨烯量子点分散液和二氧化钛纳米管分散液各2ml，加入气喷设备腔体中，采用同时气喷的方式将氧化石墨烯量子点和二氧化钛纳米管沉积于经过亲水处理的叉指电极表面，然后置于温度为60℃的真空干燥箱中干燥2小时，得到氧化石墨烯量子点与二氧化钛纳米管形成复合纳米结构的薄膜；步骤3：将步骤2制得叉指电极表面薄膜置于激光光束下，调整功率为100mW，激光头步进速率为15mm/min，使得氧化石墨烯量子点还原为还原氧化石墨烯量子点，最终得到图案化薄膜；步骤4：将步骤3制得叉指电极表面薄膜置于原子层沉积设备中，在薄膜表面沉积一层厚度为5nm的纳米氧化锌层，最终在叉指电极表面制得还原氧化石墨烯量子点、二氧化钛纳米管和纳米氧化锌形成复合纳米结构的薄膜。实施例2：步骤1：称取石墨烯量子点20mg溶解于9.6ml去离子水中，配制得到10mL浓度为2.0mg/mL的氧化石墨烯量子点分散液；称取二氧化钛纳米管10mg溶解于9.6ml乙醇中，配制得到10mL浓度为1.0mg/mL的二氧化钛纳米管分散液；步骤2：分别量取氧化石墨烯量子点分散液和二氧化钛纳米管分散液各2ml，加入气喷设备腔体中，采用同时气喷的方式将氧化石墨烯量子点和二氧化钛纳米管沉积于经过亲水处理的叉指电极表面，然后置于温度为60℃的真空干燥箱中干燥2小时，得到氧化石墨烯量子点与二氧化钛纳米管形成复合纳米结构的薄膜；步骤3：将步骤2制得叉指电极表面薄膜置于激光光束下，调整功率为100mW，激光头步进速率为15mm/min，使得氧化石墨烯量子点还原为还原氧化石墨烯量子点，最终得到图案化薄膜；步骤4：将步骤3制得叉指电极表面薄膜置于原子层沉积设备中，在薄膜表面沉积一层厚度为5nm的纳米氧化锆层，最终在叉指电极表面制得还原氧化石墨烯量子点、二氧化钛纳米管和纳米氧化锆形成复合纳米结构的薄膜。实施例3：步骤1：称取石墨烯量子点15mg溶解于9.8ml去离子水中，配制得到10mL浓度为1.5mg/mL的氧化石墨烯量子点分散液；称取二氧化钛纳米管5.0mg溶解于9.8ml乙醇中，配制得到10mL浓度为0.5mg/mL的二氧化钛纳米管分散液；步骤2：分别量取氧化石墨烯量子点分散液和二氧化钛纳米管分散液各2ml，加入气喷设备腔体中，采用同时气喷的方式将氧化石墨烯量子点和二氧化钛纳米管沉积于经过亲水处理的叉指电极表面，然后置于温度为60℃的真空干燥箱中干燥2小时，得到氧化石墨烯量子点与二氧化钛纳米管形成复合纳米结构的薄膜；步骤3：将步骤2制得叉指电极表面薄膜置于激光光束下，调整功率为100mW，激光头步进速率为15mm/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合结构气敏材料的制备方法，其特征在于，包括：在基片上形成氧化石墨烯量子点和二氧化钛纳米管相复合的薄膜，然后采用激光照射法还原氧化石墨烯量子点，再在制得的还原氧化石墨烯量子点与二氧化钛纳米管的复合结构上形成纳米金属氧化物薄膜，最终制得还原氧化石墨烯量子点、二氧化钛纳米管与纳米金属氧化物薄膜复合纳米结构气敏材料。

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合结构气敏材料的制备方法，其特征在于，包括：在基片上形成氧化石墨烯量子点和二氧化钛纳米管相复合的薄膜，然后采用激光照射法还原氧化石墨烯量子点，再在制得的还原氧化石墨烯量子点与二氧化钛纳米管的复合结构上形成纳米金属氧化物薄膜，最终制得还原氧化石墨烯量子点、二氧化钛纳米管与纳米金属氧化物薄膜复合纳米结构气敏材料。2.根据权利要求1所述的一种纳米复合结构气敏材料的制备方法，其特征在于，在基片上形成氧化石墨烯量子点和二氧化钛纳米管相复合的薄膜的具体操作如下：将氧化石墨烯量子点分散液与二氧化钛纳米管分散液采用同时气喷的方式喷涂于基片表面，然后经干燥处理后得到氧化石墨烯量子点和二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚杰，周凯，汪鑫，何鑫，毛喜玲，周榆久，赵月涛，徐建华，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51