气体传感装置和传感方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种气体传感装置，包括柔性传感部件和提供应变部件，其中，柔性传感部件包括柔性基底，设置在基底上的MoS

Gas sensing device and method

【技术实现步骤摘要】
气体传感装置和传感方法
本专利技术涉及传感器领域，尤其涉及一种气体传感装置和传感方法。
技术介绍
NO2是一种有毒气体，被认为是车辆排放、工业废气和环境监测的关键指标。开发简单，低成本和高效率的传感器来探测NO2气体是非常有必要的。在以前的工作中，已经广泛研究了许多纳米材料用于NO2检测，例如碳纳米管和特定结构的金属氧化物(例如：ZnO纳米线、TiO2纳米管和Cu2O纳米颗粒)，其对NO2具有高的灵敏度。最近，基于二维的硫化钼(MoS2)的场效应晶体管(FET)传感器由于对气体分子的高响应而引起研究者的兴趣。然而，这些传统的单个裸露的FET传感器通常需要较大的外部栅极偏压才能实现更高的灵敏度。特别是，对于原子薄的二维半导体材料，极大的栅极偏压也是以牺牲寿命和功耗为代价的，这对于潜在的应用具有不可避免的缺点。更重要的是，即使在高栅极偏压下，响应和恢复时间相对于实际应用来说仍然是缓慢的。因此，迫切需要寻找其它方法来进一步提高基于MoS2的气体传感器的检测性能。但是，进一步提高单层MoS2传感器的灵敏度和响应/恢复时间仍然是一个很大的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在应变作用下的柔性气体传感装置，可以在应变和光照条件下提高气体传感器的灵敏度，并且缩短响应和恢复时间。为了实现上述目的，本专利技术提供一种气体传感装置，包括柔性传感部件和提供应变部件，其中，柔性传感部件包括柔性基底，设置在基底上的MoS2传感层，以及设置在MoS2传感层两端的电极；所述提供应变部件用于为柔性传感部件提供应变。优选的，所述提供应变部件20为位移台；和/或，提供MoS2传感层的应变范围从0到0.67％。优选的，所述气体传感装置还包括提供光照部件30，为柔性传感部件10提供光照条件。优选的，所述提供光照部件为LED灯；和/或，所述提供光照部件提供0-9mW/cm2照射强度。优选的，所述MoS2传感层为奇数原子层MoS2；优选为单层MoS2。优选的，两个所述电极之间的距离的范围为10-1000微米。优选的，所述柔性基底为透明材料；优选为PET、PS、PDMS或PI。相应的，本专利技术还提供一种气体传感方法，采用上述任一项所述的气体传感装置进行气体探测。优选的，用于对NO2、NO、NH3、O2、CO2或CO气体探测。本专利技术的实验结果表明，与传统的电栅极调制的NO2气体传感器相比，光照和压电光电子学效应激活的柔性传感器表现出更高的灵敏度。和通过改变温度提高气体传感器的性能相比，光照和一个固定形变增强的气体传感器拥有更大的操作优势。此外，在光激发下的肖特基接触的直接带隙超薄MoS2气体传感器的响应(恢复)时间已经急剧减少到几十秒，这比先前的报告好得多。优异的传感特性应归功于光激活自由载流子传输和压电效应诱导的肖特基势垒调制。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术气体传感装置的结构示意图；图2为柔性传感部件的结构示意图；图3为测量柔性传感部件的I-V曲线显示非线性和整流特性；图4为光照和应变作用下柔性传感部件的测试结果；图5为柔性传感部件的在光照和应变条件下的物理机制的能带示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供的气体传感装置的典型结构见图1，包括柔性传感部件10、提供应变部件20和提供光照部件30，其中，柔性传感部件10用于对气体进行传感，结构参见图2，包括柔性基底11，设置在基底11上的MoS2传感层12，以及设置在MoS2传感层12两端的电极13。柔性基底11可以采用柔性材料，优选透明材料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)等材料。MoS2传感层12可以为单层MoS2或者多层MoS2，但必须为奇数原子层MoS2。MoS2传感层12的形状不做特别要求，可以为长方形或者三角形等结构。电极13可以为单层也可以为多层，例如Pb材料作为电极，或者Cr、Pd和Au层叠材料作为电极。两个电极13之间的距离的范围可以为10-1000微米。以单层MoS2传感层为三角形结构时，两个电极13分别设置在MoS2传感层三角形的底边和顶角处。提供应变部件20可以为柔性传感部件10提供应变，例如使柔性传感部件10的基底发生弯折或者拉伸，在MoS2传感层12形成应变。提供应变部件20可以采用位移台或者其他能够提供应变的装置。MoS2传感层12的应变范围可以从0到0.67％。在应变基础上，提供光照部件30可以为柔性传感部件10提供光照条件，光照和压电光电子学效应激活的柔性传感部件10表现出更高的灵敏度。提供光照部件30可以为商用的发光二极管(LED)光源。提供光照部件30可以为柔性传感部件10提供0-9mW/cm2照射强度。本实施例中选用了柔性和透明的PET作为基底材料，单层MoS2作为气体沟道感应材料，Pd作为肖特基接触的金属电极。由于这种直接带隙的非中心对称单层MoS2显示出良好的面内压电行为和超快光电转换。利用应变诱导的压电极化电荷可以有效地调节金属-MoS2结处光激电子-空穴对的产生、分离和复合，并进一步的调节单层MoS2的电学行为。由于光的引入可以用来调控载流子的浓度和气体分子的吸附-解吸等过程，也就是说光激电子空穴对能够进一步的增强气体的响应和加快传感器性能的恢复。下面以一个具体器件的性能来说明本专利技术的气体传感装置的结构和传感方法。设计了一个原子级薄的肖特基接触的柔性传感部件10，在柔性和透明的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上使用两个背靠背的Pd-MoS2肖特基结，用于NO2气体探测。通过化学气相沉积(CVD)方法在850℃条件下在SiO2/Si衬底上生长MoS2三角形。制备的MoS2三角形的拉曼光谱分别由385.5cm-1(平面震动模式E2g1)和405.5cm-1(面外震动模式A1g)两个峰组成，两个峰之间的间隙为20cm-1，表明超薄三角形MoS2是单层的。使用532nm激光进行光致发光(PL)测量显示为直接间隙半导体，其由620nm和670nm处的两个峰组成。为了制造柔性NO2气体传感器，首先将MoS2单层转移到柔性PET基底上。之前的研究指出，锯齿形状(不管“Mo”或“S”)是CVD生长的硫化钼等边三角形的边缘支配形态。通过与这种形态的相关性，利用光学显微镜观察CVD生长的MoS2的三角形边缘终端，我们能够容易地识别扶手椅'X'和锯齿形'Y'方向。由于沿着单层MoS2晶体的扶手椅'X'方向施加应变有最高的面内压电响应，两个由Cr/Pd/Au(厚度分别为1、20、40nm)制成的金属电极沉积在与锯齿形'Y'方向取向平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体传感装置，其特征在于，包括柔性传感部件10和提供应变部件20其中，/n柔性传感部件10包括柔性基底11，设置在基底11上的MoS

【技术特征摘要】
1.一种气体传感装置，其特征在于，包括柔性传感部件10和提供应变部件20其中，
柔性传感部件10包括柔性基底11，设置在基底11上的MoS2传感层12，以及设置在MoS2传感层12两端的电极13；
所述提供应变部件20用于为柔性传感部件10提供应变。


2.根据权利要求1所述的气体传感装置，其特征在于，所述提供应变部件20为位移台；和/或
提供MoS2传感层的应变范围从0到0.67％。


3.根据权利要求1或2所述的气体传感装置，其特征在于，所述气体传感装置还包括提供光照部件30，为柔性传感部件10提供光照条件。


4.根据权利要求3所述的发电机，其特征在于，所述提供光照部件为LED灯；和/或
所述提供光照...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊猛，翟俊宜，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11