一种基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于宏观尺度ＺｎＯ单晶材料的气体传感器，属于传感器制造的技术领域。包括：基底、金属电极层、传感导电体和外接电路，其中传感导电体为宏观尺度ＺｎＯ单晶材料，通过热蒸发法大规模生产的宏观尺度ＺｎＯ单晶材料，该材料由直径为６０～８００ｎｍ的ＺｎＯ纳米杆自然生长而成，将其用银浆粘在金属电极层上。本发明专利技术的制备方法简单易行，重复性好，原料容易得到，制备成本低廉，非常适于用来制备大量的ＺｎＯ气体传感器，有望在工业安全等领域获得重要应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于宏观尺度Zn0单晶材料的气体传感器，具体涉及一种在 叉指型金属电极上粘附的宏观尺度Zn0单晶材料作为传感导电体的气体传感器， 该传感器通过被测气体在传感导电体表面的物理吸附使得传感导电体电阻变化， 来检测不同气体及该气体浓度，属于传感器制造的
技术背景气体传感器通常用来检测气体中的特定成分，用来对有毒、有害气体进行检 测，对易燃易爆气体进行安全警报，对要了解的气体进行检测、分析和研究等。 目前工业化生产使用的气体传感器主要有两种类型。一种是基于电化学原理的气 体传感器；另一种是以半导体氧化物材料作为传感导电体的气体传感器。 一般说 来作为传感导电体的材料微粒粒度越小，比表面积越高，传感器于众位气体的接 触而发生的相互作用也越大，敏感度也越高。由于纳米材料具有巨大的表面积， 其表面能吸附大量的气体分子，因此使得用纳米材料制备的传感器具有很高的灵 敏度。目前国际上己有采用单根纳米线和大量纳米线薄膜作为传感导电体的报道 (Nanowire nanosensors for highly sensitive and selective detection of biological and chemical species, Science, (2001) 293,1289; Fabrication and ethanol sensing characteristics of Zn0 nanowire gas sensors, Applied Physics Letters (2004) 84,3654; Room temperature gas sensing of户type Te02 na,ires， Applied Physics Letters (2007) 84'3654;)。但上述这些传 感器在实际生产中将纳米线连接在导电电极两端的主要方法是采用原子力显微 镜(AFM)或是将大量纳米线溶于有机溶剂如丙酮中，再将其滴到电极上，这些 方法操作复杂或者随机性较大，不适合大量生产。针对这一情况，本专利技术提出一 种直接用导电银桨连接气敏材料和金属电极的气体传感器，该气敏材料采用具有宏观尺度的ZnO单晶材料，其由大量定向纳米杆自然生长而成，外形在宏观尺度， 而又具有纳米材料特性，因此操作方面，灵敏度高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种操作简单，灵敏度高，成本低廉的基 于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器。本专利技术提供的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器包括基底、金属电 极层、传感导电体和外接电路，其中传感导电体为宏观尺度ZnO单晶材料，通过 热蒸发法大规模生产的宏观尺度Zn0单晶材料，该材料由直径为60 800nm的 ZnO纳米杆自然生长而成，将其用银浆粘在金属电极层上。所述的基底，其表面具有高绝缘性，可以是玻璃、也可以是石英片或者硅片； 当使用硅片做基底时，硅片表面要氧化一层Si02作为绝缘层。金属电极层设置在基底上，是通过丝网印刷工艺将银浆在绝缘基底上印出金 属电极图案，然后将金属片或金属丝按照图案粘附在银浆上，电极的厚度为1 3mm，电极间距为lram。本专利技术提供的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器，为使得金属电极和 作为传感导电体的宏观尺度ZnO单晶材料充分接触，提高传感其性能，可以将金 属电极的阳极和阴极设计成叉指状，如阳极设计成"口"字缺少右边一竖，同时 阴极设计成"口"字缺少左边一竖，再将两电极相互嵌入对方缺口，但须保证电 极间距为lmm。当然，这里阳极和阴极的涉及完全可以相互交换。按照这一原理 还可以将阳极和阴极由多个"口"字重叠而成且分别缺少左边一竖和右边一竖， 并互嵌入对方缺口，但须保证电极间距为lmm。另外，本专利技术提供的基于宏观尺 度ZnO单晶材料的气体传感器，为使得金属电极和作为传感导电体的宏观尺度 ZnO单晶材料充分接触，提高传感其性能，可以将作为传感导电体的宏观尺度ZnO 单晶材料设计成树枝状，且每根ZnO单晶材料均和阳极和阴极接触，从而增加了 金属电极和作为传感导电体的宏观尺度ZnO单晶材料充分接触。本专利技术的优点1、本专利技术的制备方法是可以在宏观条件下手工完成，无需借助微纳米观测 和操作仪器，所采用的传感导电体是可以大规模生长的宏观尺寸的ZnO单晶材 料，简单易行，重复性好，原料容易得到，制备成本低廉，非常适于用来制备大 量的ZnO气体传感器。2、本专利技术中所采用的传感导电体__宏观ZnO单晶材料是一种具有独特形 貌特征的ZnO宏观化结构材料，它在微观结构上是由大量定向的纳米杆组成， 具有巨大的表面比，因此该传感器具有很高的灵敏度，有望在工业安全等领域获 得重要应用。附图说明图1是本专利技术气体传感器的结构示意2是本专利技术气体传感器的另一结构示意图具体实施方式现结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。所有的实施例完全按 照上述的宏观尺度Zn0单晶材料的气体传感器的制备方法具体操作步骤进行操 作，为使行文简洁，下列的每个实施例仅罗列关键的技术参数。其中，本专利技术提供的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器包括基底1、 金属电极层2、传感导电体3和外接电路4。金属电极层2是通过丝网印刷工艺 将银浆在绝缘基底1上印出金属电极层2图案，然后将金属片或金属丝粘附在银 浆上，电极的厚度为1 3mm，电极间距为lmm;传感导电体3为宏观尺度ZnO 单晶材料，该材料是通过热蒸发法由直径为60 800nm的ZnO纳米杆制备而成 并将其用银浆粘在金属电极层2上，外接电路4的阳极和阴极分别连接在金属电 极层2阳极和阴极。实施例l:第一步中，清洗绝缘基底玻璃片，并晾干；第二步中，通过丝网印刷工艺 将银浆在玻璃片基底上印出叉指形图案；第三步中，将剪裁好的金属铂丝粘附到 指叉形图案的银浆上；第四步中，将剥离出的宏观尺寸单根ZnO单晶树状结构 用银浆粘附在金属铂丝上;第五步中，将该样品先放入125。C烘箱内15分钟，再 加热到380。C保持20分钟，使导电银浆凝结；第六步中，取出样品联入电路， 再放入浓度为100ppmH2气氛中进行测试。实施例2:第一步中，清洗绝缘基底石英片，并晾干；第二步中，通过丝网印刷工艺 将银浆在石英片基底上印出叉指形图案；第三步中，将剪裁好的金属铜丝粘附到 指叉形图案的银桨上；第四步中，将剥离出的宏观尺寸单根ZnO单晶树状结构 用银浆粘附在金属铜丝上;第五步中，将该样品先放入125°<:烘箱内15分钟，再 加热到380。C保持20分钟，使导电银浆凝结；第六步中，取出样品联入电路， 再放入浓度为100ppmNH3气氛中进行测试。实施例3:第一步中，在p型单晶硅片表面生成一层Si02绝缘层，作为绝缘基底；第一 步中，清洗绝缘基底，并晾干；第二步中，通过丝网印刷工艺将银浆在硅片基底 上印出叉指形图案;第三步中，将剪裁好的金属铝丝粘附到指叉形图案的银浆上； 第四步中，将剥离出的宏观尺寸单根ZnO单晶树状结构用银浆粘附在金属镍片 上；第五步中，将该样品先放入125°C烘箱内15分钟，再加热到380°C保持 20分钟，使导电银桨凝结；第六步中，取出样品联入电路，再放入浓度为100ppm H2S气氛中进行测试。权利要求1.一种基于宏观尺度ZnO单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于宏观尺度ＺｎＯ单晶材料的气体传感器包括：基底（１）、金属电极层（２）、传感导电体（３）和外接电路（４），其特征在于金属电极层（２）是通过丝网印刷工艺将银浆在绝缘基底（１）上印出金属电极层（２）图案，然后将金属片或金属丝粘附在银浆上，电极的厚度为１～３ｍｍ，电极间距为１ｍｍ；传感导电体（３）为宏观尺度ＺｎＯ单晶材料，该材料是通过热蒸发法由直径为６０～８００ｎｍ的ＺｎＯ纳米杆制备而成并将其用银浆粘在金属电极层（２）上，外接电路（４）的阳极和阴极分别连接在金属电极层（２）阳极和阴极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宁，郁可，雷玮，王有平，曹福全，朱自强，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]