一种基于一维纳米材料传感器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于一维纳米材料传感器的制备方法，该方法将一维纳米材料的悬浊液滴基底上，使用工具刷匀速梳理后静置，烘干后一维纳米材料通过范德华力与基底接合更紧密；去胶后待基底表面溶液挥发，一维纳米材料在基底上形成大面积均匀排列；利用光刻工艺得到叉指电极图形；在基底表面镀金后剥离得到一维纳米材料传感器，该传感器具有电学性能优良，灵敏度高的特点。本发明专利技术方法适用于氧化锌，硅等多种一维纳米材料，并且适用于不同基底如二氧化硅，玻璃等。一维纳米材料的分布密度和排列的整齐度可以通过改变组装工具的尺寸来实现，若使用大尺度精细机械化组装工具有望实现大面积的生产。该方法在纳米器件制造集成领域有广泛应用前景。

A Fabrication Method Based on One-Dimensional Nanomaterial Sensor

The invention discloses a preparation method based on one-dimensional nano-material sensor, which combs the suspended droplets of one-dimensional nano-material on the base at a uniform speed with a tool brush and then rests. After drying, the one-dimensional nano-material joins the base more closely through van der Waals force; after degumming, the solution on the base surface volatilizes, and the one-dimensional nano-material. Material is evenly arranged in a large area on the substrate; interdigital electrode pattern is obtained by photolithography; one-dimensional nano-material sensor is peeled off after gold plating on the substrate surface. The sensor has excellent electrical performance and high sensitivity. The method of the invention is applicable to zinc oxide, silicon and other one-dimensional nanomaterials, and to different substrates such as silicon dioxide, glass, etc. Distribution density and alignment uniformity of one-dimensional nanomaterials can be achieved by changing the size of assembly tools. Large-scale fine mechanical assembly tools are expected to achieve large-scale production. This method has broad application prospects in the field of nanodevice manufacturing integration.

【技术实现步骤摘要】
一种基于一维纳米材料传感器的制备方法
本专利技术属于纳米材料的组装与传感器的制备
，具体涉及一种基于一维纳米材料传感器的制备方法。
技术介绍
传感器技术是当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志。基于一维纳米材料的传感器研究是各国研究的前沿热点，是传感器
中最具应用价值的重要组成部分。一维纳米材料作为一种用途广泛的组装单元，在多个领域如电子、光学、生物科学、能源贮存等都有着引人关注的应用。与传统平面半导体材料相比，一维纳米材料由于具有较大的比表面积和二维受限维导通的特性，拥有独特的电学、光学等性质。用一维纳米材料制备传感器，一个需要解决的问题是如何大尺度、高密度的对一维纳米材料进行组装。为了解决这一瓶颈问题，Smith等人[Smith,P.A.；Nordquist,C.D.；Jackson,T.N.；Mayer,T.S.；Martin,B.R.；Mbindyo,J.；Mallouk,T.E.Electric-fieldassistedassemblyandalignmentofmetallicnanowires.Appl.Phys.Lett.2000,77,1399–1401.]采用电场辅助组装方法将在两个电极之间的绝缘介质中悬浮的纳米线定位在二氧化硅基底上，但该方法仅适用于金属特性的纳米材料。Fan等人[Smith,P.A.；Nordquist,C.D.；Jackson,T.N.；Mayer,T.S.；Martin,B.R.；Mbindyo,J.；Mallouk,T.E.Electric-fieldassistedassemblyandalignmentofmetallicnanowires.Appl.Phys.Lett.2000,77,1399–1401.]使用接触印刷的方法将半导体纳米材料有序排列，由于纳米材料与基体之间的接触不良，可能会破坏表面。Whang等人[Whang,D.；Jin,S.；Wu,Y.；Lieber,C.M.Large-scalehierarchicalorganizationofnanowirearraysforintegratednanosystems.NanoLett.2003,3,253–256.]采用Langmuir–Blodgett方法控制了一维硅纳米材料的组织和层次，然而该技术需要复杂的表面改性，且一维纳米材料的排列依赖于表面压力的控制。Zhang等人[ZhangQ,GuptaS,ToddEmrickA,etal.Surface-FunctionalizedCdSeNanorodsforAssemblyinDiblockCopolymerTemplates[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2006,128(12):3898-3899.]采用几何图案模板诱导成功组装了CdSe纳米棒，但是工艺较为复杂。以上方法大都需要昂贵的仪器和设备，成本较高。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种基于一维纳米材料传感器的制备方法，基于该方法制备的传感器具有电学性能优良，灵敏度高的特点。本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种基于一维纳米材料传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)制备一维纳米材料悬浊液并准备基底；将一维纳米材料浸泡于去离子水中，形成一维纳米材料的溶液，在超声波清洗池中对溶液进行超声震荡，直至得到分散均匀的一维纳米材料悬浊液；准备基底；将基底清洗干净，然后干燥；在基底上旋涂光刻胶，前烘后使用带有窄槽的掩模版进行对准曝光，显影、后烘、腐蚀以及去胶后得到带有窄槽结构的基底；(2)组装一维纳米材料；将一维纳米材料的悬浊液滴在步骤(1)准备好的基底上，得到在基底上散乱排布的一维纳米材料；然后使用工具刷在基底上从左至右匀速梳理后静置；将基底在热板上烘干，使得一维纳米材料通过范德华力与基底接合更紧密；(3)传感器的制备步骤；将附着有一维纳米材料的基底浸入去胶溶液，直至表面光刻胶被去除，同时去除部分黏附力不强的纳米线；取出基底，待其表面溶液挥发后，一维纳米材料在基底上形成大面积均匀排列；利用光刻机进行紫外光刻工艺，得到叉指电极图形；使用电子束蒸镀在基底表面镀上一层50-200nm厚度的金；通过剥离液进行剥离后得到一维纳米材料传感器。本专利技术进一步的改进在于，步骤(1)中，一维纳米材料为纳米线、纳米棒和纳米管一维纳米材料中的一种。本专利技术进一步的改进在于，步骤(1)中，准备的基底为硅基底，镀有金膜的硅基底，以及玻璃基底中的一种。本专利技术进一步的改进在于，步骤(1)中，组装一维纳米材料的工具刷为画笔刷，化妆刷，或毛笔刷。本专利技术进一步的改进在于，制备的一维纳米材料传感器能够用于检测多种气体，包括：一氧化碳、二氧化氮、氨气和氢气。本专利技术具有如下有益的技术效果：1、本专利技术提供了一种在任意基底上组装任意一维纳米材料的有效方法，由于组装工具为柔性工具，不会损伤样品，极大拓宽了组装对象的范围；2、本专利技术组装后的一维纳米材料在基底上排列一致性好，与基底的结合性良好，一维纳米材料与基底间形成稳定的接触。纳米结构的形成使得传感器具有大的比表面积，有利于气体的吸附扩散，同时提供更多的反应位点与吸附气体分子作用，从而有利于加速响应和提高响应灵敏度；3、一维纳米材料的组装工序简单且组装工具简单易于获取，提高了该方法的可行性。不需要昂贵的实验设备，节约了实验成本；4、重复性和可靠性高，一维纳米材料的分布密度和排列的整齐程度可以通过改变组装工具的尺寸来实现，若使用大尺度精细机械化组装工具有望实现大面积的生产。附图说明图1为本专利技术中总流程示意图；图2为本专利技术具体实施例中制备一维纳米材料使用的化学气相沉积(CVD)管式炉示意图。图3为本专利技术中组装一维纳米材料的工具刷，及单根刷毛的扫描电子显微镜照片；图4为本专利技术中一维纳米材料组装流程示意图；图5为本专利技术实例中在硅基底上组装氧化锌纳米线的扫描电子显微镜照片，图5(a)为四列氧化锌纳米线排列组装于光刻胶形成的槽内，图5(b)为图5(a)中第一列的放大图，可见纳米线的排列方向基本一致，图5(c)为图5(b)中氧化锌纳米线的角度分布图，超过80％的纳米线是在20°的角度内整齐排列的，并与梳理方向一致。图6为本专利技术实例中制备的传感器的扫描电子显微镜照片，图6(a)为在硅衬底上组装氧化锌纳米线后，制备的带有叉指电极的氧化锌纳米线传感器(虚线表示叉指电极)，图6(b)为图6(a)的放大图。可见蒸镀金电极后，氧化锌纳米线仍然整齐排列在硅基底上。图7为本专利技术实例中制备的传感器的电学特性表征图，图7(a)为六次实验测得的电流电压曲线，六次实验结果测得的曲线基本重合，重复性和平滑性证明了氧化锌纳米线与电极之间的稳定接触。非线性且对称的曲线显示出肖特基特性。图7(b)为偏置电压为0.5V时的紫外光照特性曲线。图8为不同温度下一氧化碳浓度与灵敏度的关系图。图9为实施例2中将氧化锌纳米线组装在镀有金膜的硅基材上的扫描电子显微镜图像；图10为实施例2中硅纳米线的角度分布图。具体实施方式为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于一维纳米材料传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备一维纳米材料悬浊液并准备基底；将一维纳米材料浸泡于去离子水中，形成一维纳米材料的溶液，在超声波清洗池中对溶液进行超声震荡，直至得到分散均匀的一维纳米材料悬浊液；准备基底；将基底清洗干净，然后干燥；在基底上旋涂光刻胶，前烘后使用带有窄槽的掩模版进行对准曝光，显影、后烘、腐蚀以及去胶后得到带有窄槽结构的基底；(2)组装一维纳米材料；将一维纳米材料的悬浊液滴在步骤(1)准备好的基底上，得到在基底上散乱排布的一维纳米材料；然后使用工具刷在基底上从左至右匀速梳理后静置；将基底在热板上烘干，使得一维纳米材料通过范德华力与基底接合更紧密；(3)传感器的制备步骤；将附着有一维纳米材料的基底浸入去胶溶液，直至表面光刻胶被去除，同时去除部分黏附力不强的纳米线；取出基底，待其表面溶液挥发后，一维纳米材料在基底上形成大面积均匀排列；利用光刻机进行紫外光刻工艺，得到叉指电极图形；使用电子束蒸镀在基底表面镀上一层50‑200nm厚度的金；通过剥离液进行剥离后得到一维纳米材料传感器。

【技术特征摘要】
1.一种基于一维纳米材料传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备一维纳米材料悬浊液并准备基底；将一维纳米材料浸泡于去离子水中，形成一维纳米材料的溶液，在超声波清洗池中对溶液进行超声震荡，直至得到分散均匀的一维纳米材料悬浊液；准备基底；将基底清洗干净，然后干燥；在基底上旋涂光刻胶，前烘后使用带有窄槽的掩模版进行对准曝光，显影、后烘、腐蚀以及去胶后得到带有窄槽结构的基底；(2)组装一维纳米材料；将一维纳米材料的悬浊液滴在步骤(1)准备好的基底上，得到在基底上散乱排布的一维纳米材料；然后使用工具刷在基底上从左至右匀速梳理后静置；将基底在热板上烘干，使得一维纳米材料通过范德华力与基底接合更紧密；(3)传感器的制备步骤；将附着有一维纳米材料的基底浸入去胶溶液，直至表面光刻胶被去除，同时去除部分黏附力不强的纳米线；取出基底，待其表面溶液挥发后，一维纳米材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨树明，程碧瑶，王一鸣，杨晓凯，王飞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61