含有铜基掺杂剂的氧化铟纳米线、其形成方法和含有该氧化铟纳米线的气体传感器及形成多个含有金属酞菁的纳米线的方法、纳米线装置和含有多个金属酞菁纳米线的气体传感器制造方法及图纸

根据本发明专利技术的实施例，提供了形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的方法。所述方法包括提供铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料，以及进行热蒸发处理使所述铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料蒸发，以在基底上形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线。根据本发明专利技术的另外的实施例，还提供了包含铜基掺杂剂和气体传感器的氧化铟纳米线。根据本发明专利技术的另外的实施例，还提供了形成包含金属酞菁的多个纳米线的方法、纳米线装置和气体传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有铜基掺杂剂的氧化铟纳米线、其形成方法和含有该氧化铟纳米线的气体传感器及形成多个含有金属酞菁的纳米线的方法、纳米线装置和含有多个金属酞菁纳米线的气体传感器相关申请的交叉引用本申请要求了2014年10月31日提交的新加坡专利申请No.10201407136R的优先权，为所有目的而将其全部内容通过引用并入本文。
各个实施例涉及形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的方法、包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线、形成多个包含金属酞菁的纳米线的方法、纳米线装置和气体传感器。
技术介绍
对各种工作场所的防卫和安全方面而言，例如从石化公司、造船厂到废水处理厂、地下停车场，检测和监测大气气体和危险的分子种类极其重要，。2012年，气体传感器的估计市价为15亿美元。市场上现有的气体传感器通常是基于具有几种不同运行机制的庞杂的技术，其包括电化学传感器、催化传感器、半导体传感器和红外光传感器。虽然体积庞大的传感器在它们各自的领域用于气体感测是可以接受的，但仍然强烈需要具有更好的性能、更小的外形尺寸和更低成本的改进的传感器。因此，需要紧凑、薄的、轻质且方便的传感器。
技术实现思路
根据实施例，提供了形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的方法。该方法包括提供铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料，以及进行热蒸发处理使铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料蒸发，以在基底上形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线。根据实施例，提供了包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线。根据实施例，提供了气体传感器。所述气体传感器包含至少一个氧化铟纳米线和至少一个电极，所述氧化铟纳米线包含铜基掺杂剂，所述电极与至少一个氧化铟纳米线电耦合。根据实施例，提供了形成多个包含金属酞菁的纳米线的方法。所述方法包含提供包含金属酞菁的溶液，将所述溶液旋涂到基底上以在基底上形成包含金属酞菁的膜，并且控制在膜上进行的热处理，以从膜上形成多个纳米线，所述多个纳米线包括所述金属酞菁。根据实施例，提供了纳米线装置。所述纳米线装置包含基底和该基底上的膜，所述膜包含多个金属酞菁纳米线。根据实施例，提供了气体传感器。所述气体传感器包含膜和至少一个电极，所述膜包含多个金属酞菁纳米线，所述电极与多个金属酞菁纳米线电耦合。附图说明在附图中，贯穿不同的视图，相同的附图标记通常指代相同的部件。附图不一定按比例绘制，而是通常重点说明本专利技术的原理。在下面的描述中，参考以下附图描述本专利技术的各个实施例，其中：图1A示出了阐明根据各个实施例的形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的方法的流程图。图1B示出了根据各个实施例的包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的示意性横断面图。图1C示出了根据各个实施例的气体传感器的示意性横断面图。图1D示出了阐明根据各个实施例的形成包含金属酞菁的多个纳米线的方法的流程图。图1E示出了根据各个实施例的纳米线装置的示意性透视图。图1F示出了根据各个实施例的气体传感器的示意性透视图。图2示出了根据各个实施例的合成的氧化铟(In2O3)纳米线的扫描电子显微镜(SEM)图像。比例尺表示1μm。图3A示出了根据各个实施例的铜-氧化铟(Cu-In2O3)纳米线的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像。图3B示出了根据各个实施例的铜-氧化铟(Cu-In2O3)纳米线的相应的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像，其示出了点阵间距。图3C示出了根据各个实施例的沿着铜-氧化铟(Cu-In2O3)纳米线的<211>晶带轴记录的相应的选择区域电子衍射(SAED)图案。图3D示出了根据各个实施例的铜-氧化铟(Cu-In2O3)纳米线的电子背散射衍射(EDS)图案。图4A示出了阐明根据各个实施例的单个纳米线气体传感器的设备结构的示意图。图4B示出了根据各个实施例的具有4-探头设置(4-probesetup)的单个纳米线设备的扫描电子显微镜(SEM)图像。图5A示出了根据各个实施例的，当暴露于5ppm一氧化碳(CO)气体中不同周期时，单个铜-氧化铟纳米线场效应晶体管(Cu-In2O3NW-FET)的漏电流(Id)-时间曲线图。图5B示出了根据各个实施例的，当暴露于5ppm一氧化碳(CO)气体中时，单个铜-氧化铟纳米线场效应晶体管(Cu-In2O3NW-FET)的传感器响应与时间的曲线图。图5C示出了阐明从图5B的曲线图中摘取的单个周期的曲线图。图5D示出了根据各个实施例的，当暴露于5ppm一氧化碳(CO)气体中时，未掺杂的氧化铟纳米线场效应晶体管(In2O3NW-FET)的传感器响应与时间的曲线图。图6示出了根据各个实施例的，阐明氧化铟(In2O3)纳米线网络双端传感器检测甲烷(CH4)气体的电流-时间关系的曲线图。图7A示出了根据各个实施例的玻璃基底上的铜酞菁(CuPc)的高倍率的扫描电子显微镜(SEM)图像。比例尺表示为1μm。图7B示出了根据各个实施例的，阐明厚膜铜酞菁(CuPc)气体传感器感测二氧化氮(NO2)的灵敏度与时间的关系的曲线图。图8A至8C示出了根据各个实施例，当分别经受约2cc/min、约3cc/min和约4cc/min的二氧化氮(NO2)时，薄膜铜酞菁(CuPc)气体传感器的灵敏度与时间的曲线图。图9A示出了根据各个实施例的便携式传感器卡的示意性前视图。图9B示出了图9A的便携式传感器卡的分解侧视图。具体实施方式以下详细说明涉及附图，附图以示例的方式示出可以实践本专利技术的具体细节和实施例。对这些实施例进行了充分描述，以使本领域技术人员能够实施本专利技术。在不脱离本专利技术的范围情况下，可以利用其它实施例并且可以做出结构上、逻辑上和电学上的改变。各个实施例不一定是互相排斥的，因为一些实施例可以与一个或多个其它实施例组合以形成新的实施例。对于其它方法或设备，在其中一种方法或设备的上下文中描述的实施例是类似有效的。同样地，对于设备，在方法的上下文中描述的实施例是类似有效的，反之亦然。在实施例的上下文中描述的特征相应地适用于其它实施例中相同或相似的特征。在实施例的上下文中描述的特征相应地适用于其它实施例，即使在这些其它实施例中没有明确描述。此外，在实施例的上下文中针对特征描述的添加和/或组合和/或替代方案相应地适用于其它实施例中的相同或相似的特征。在各个实施例的上下文中，关于特征或元素使用的冠词“一(a)”，“一(an)”和“所述(the)”包括对特征或元素中的一个或多个的引用。在各个实施例的上下文中，短语“至少基本上”包括“精确”和合理的差异。在各个实施例的上下文中，应用于数值的术语“约”或“近似”包含确切的值和合理的差异。如本文所使用的，术语“和/或”包含一个或多个相关列出的项目的任何和所有的组合。如本文所使用的，形式短语“A或B中的至少一个”包括A或B，或A和B两者。相应地，“A或B或C中的至少一个”或包括进一步列出的项目的形式短语，可以包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有的组合。各个实施例提供了基于纳米线和粒状网络的微型化传感器。各个实施例提供高灵敏度(检出限<1ppm)、有选择性(具有用于目标气体的工程材料/结构)、快速响应(达到<1s响应)、低功耗(10-8-10-6W)和显著的稳定性(纳米材料的固有稳定性)的纳米线气体传感器。各个实施例提供纳米线传感器，其允许产品尺寸的有效缩小，从现有的体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成包括铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的方法，所述方法包括：提供铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料；和进行热蒸发处理使所述铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料蒸发，以在基底上形成包括铜基掺杂剂的氧化铟纳米线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.31 SG 10201407136R1.一种形成包括铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的方法，所述方法包括：提供铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料；和进行热蒸发处理使所述铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料蒸发，以在基底上形成包括铜基掺杂剂的氧化铟纳米线。2.根据权利要求1所述的方法，其中以在约3:1和约20:1之间的摩尔比提供所述铟基前体材料和所述铜基掺杂剂前体材料。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述热蒸发处理在约700℃和约1000℃之间的温度下进行。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述热蒸发处理在约10分钟和约300分钟之间的持续时间下进行。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括在所述热蒸发处理期间将所述基底维持在约400℃和约500℃之间的温度下。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述热蒸发处理在至少基本上真空的环境中进行。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述热蒸发处理在约0.01毫巴和约5毫巴之间的压力下进行。8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，还包括将所述铟基前体材料与所述铜基掺杂剂前体材料混合。9.根据权利要求8所述的方法，还包括将碳基材料与所述铟基前体材料和所述铜基掺杂剂前体材料的混合物混合。10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，还包括在所述热蒸发处理期间引入惰性气体。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述惰性气体以在约1sccm和约1000sccm之间的流量引入。12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述铟基前体材料包括氧化铟、三氯化铟、硝酸铟、醋酸铟、硫化铟、硫酸铟或氢氧化铟中的至少一种。13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述铟基前体材料包括氧化铟粉末。14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中所述铜基掺杂剂前体材料包括氧化铜、氧化亚铜、二价氧化铜、氯化铜、氯氧化铜、氯化亚铜、硝酸铜、环烷酸铜、醋酸铜或硫酸铜中的至少一种。15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中所述铜基掺杂剂前体材料包括氧化铜粉末。16.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，还包括用金属涂覆所述基底。17.一种包括铜基掺杂剂的氧化铟纳米线。18.根据权利要求17所述的氧化铟纳米线，其中所述铜基掺杂剂是铜掺杂剂原子。19.根据权利要求17或18所述的氧化铟纳米线，其中所述氧化铟纳米线的直径在约50nm和约300nm之间。20.根据权利要求17-19中任一项所述的氧化铟纳米线，其中所述氧化铟纳米线的长度在约0.5μm和约10μm之间。21.一种气体传感器，包括：至少一个包括铜基掺杂剂的氧化铟纳米线；和电耦合到所述至少一个氧化铟纳米线的至少一个电极。22.根据权利要求21所述的气体传感器，还包括基底，其中所述至少一个氧化铟纳米线布置在所述基底上。23.根据权利要求21或22所述的气体传感器，其中所述气体传感器包括单个氧化铟纳米线，所述单个氧化铟纳米线包括所述铜基掺杂剂。24.根据权利要求21或22所述的气体传感器，其中所述气体传感器包括多个氧化铟纳米线，所述多个氧化铟纳米线中的每个氧化铟纳米线包括所述铜基掺杂剂。25.根据权利要求24所述的气体传感器，其中所述多个氧化铟纳米线彼此间隔开。26.根据权利要求24所述的气体传感器，其中所述多个氧化铟纳米线的相邻的氧化铟纳米线彼此接触。27.根据权利要求24-26中任一项所述的气体传感器，其中所述多个氧化铟纳米线至少基本上彼此平行。28.根据权利要求21-27中任一项所述的气体传感器，包括电耦合到所述至少一个氧化铟纳米线的两个电极，其中所述两个电极彼此间隔布置。29.根据权利要求21-28中任一项所述的气体传感器，其中所述至少一个电极包括金属。30.根据权利要求21-29中任一项所述的气体传感器，其中所述至少一个电极包括钛或金中的至少一种。31.根据权利要求21-30中任一项所述的气体传感器，还包括显示器。32.根据权利要求21-31中任一项所述的气体传感器，还包括音频输出构件。33.根据权利要求21-32中任一项所述的气体传感器，还包括电源。34.根据权利要求21-33中任一项所述的气体传感器，其中所述气体传感器是便携式气体传感器。35.根据权利要求21-34中任一项所述的气体传感器，其中所述气体传感器是卡片大小的气体传感器。36.一种形成包括金属酞菁的多个纳米线的方法，所述方法包括：提供包括金属酞菁的溶液；将所述溶液旋涂到基底上以在基底上形成包括金属酞菁的膜；和控制在所述膜上进行的热处理以便从所述膜上形成多个纳米线，所述多个纳米线包括所述金属酞菁。37.根据权利要求36所述的方法，其中所述溶液以在约100rpm和约5000rpm之间的速率旋涂到所述基底上。38.根据权利要求36或37所述的方法，其中将所述溶液旋涂到所述基底上约5秒至约300秒的持续时间。39.根据权利要求36-38中任一项所述的方法，其中控制在所述膜上进行的热处理包括在约50℃至约200℃的温度下进行热处理。40.根据权利要求36-39中任一项所述的方法，其中控制在所述膜上进行的热处理包括进行至少10分钟持续时间的热处理。41.根据权利要求36-40中任一项所述的方法，其中控制在所述膜上进行的热处理包括在约100℃的温度下进行约10...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佩诗，闫朝一，王江新，辛楠丹，A·S·达西亚，
申请(专利权)人：南洋理工大学，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG