一种微型气体传感器的制作工艺及其传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种微型气体传感器的制作工艺及其传感器，该制作工艺包括以下步骤：通过预先配置的多组溶液混合制得带有羧基、羟基的石墨烯量子点；选择可以对特定气体分子具有响应能力的官能团分子；将所述官能团分子与带有羧基、羟基的石墨烯量子点进行嫁接，并制备出带指定官能团的石墨烯量子点；通过预先配置的材料进行叉指电极的制备；将所述带指定官能团的石墨烯量子点滴在带有所述叉指电极的硅片上形成一层薄膜覆盖于电极之上。有益效果：本发明专利技术既保留了石墨烯量子点优异的导电性能，又能发挥官能团对气体分子的特异性响应以及可以制作成整体尺寸在微米级的气体传感器，节约能耗并且安全可靠，不用反复加热还可以延长传感器的使用寿命。传感器的使用寿命。传感器的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种微型气体传感器的制作工艺及其传感器


[0001]本专利技术涉及气体传感器的制备
，具体来说，涉及一种微型气体传感器的制作工艺及其传感器。

技术介绍

[0002]传感器可以将捕获物体的信息转化为电信号，然后通过物联网传输到特定设备进行解码分析，从而得到物体的物理信息。传感器就如同人类的器官，其中与人类嗅觉对应的传感器，就是气体传感器，又称气敏传感器。气体传感器按照工作原理可以分为电信号气体传感器、光信号气体传感器、声信号气体传感器、质量与形变气体传感器。其中，光信号、声信号和质量与形变类型的气体传感器由于机构复杂，并且需要特制的信号接收装置，整个传感器的体积通常在几十厘米大小，很难进行微型化设计。
[0003]电信号气体传感器则由于结构简单，是应用最广泛的一类。但是传统的电信号气体传感器其核心的传感材料大多是金属半导体为主，金属半导体的微观结构是比较大的晶体颗粒，一般在1
‑
100个微米，制成的器件尺寸在几个厘米范围内。随着物联网的发展，气体传感器被集成在许多监控设备内作为其中一项监控指标的传感器，这对传感器的微型化提出了更高的要求，需要将传感器器件整体尺寸控制在几毫米以内，核心材料和电极尺寸则需要在微米级别，并且还需要保证器件性能的稳定性和准确性。
[0004]针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0005]针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种微型气体传感器的制作工艺及其传感器，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。/>[0006]为此，本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供了一种微型气体传感器的制作工艺，该制作工艺包括以下步骤：
[0008]通过预先配置的多组溶液混合制得带有羧基、羟基的石墨烯量子点；
[0009]选择可以对特定气体分子具有响应能力的官能团分子；
[0010]将所述官能团分子与带有羧基、羟基的石墨烯量子点进行嫁接，并制备出带指定官能团的石墨烯量子点；
[0011]通过预先配置的材料进行叉指电极的制备；
[0012]将所述带指定官能团的石墨烯量子点滴在带有所述叉指电极的硅片上形成一层薄膜覆盖于电极之上。
[0013]进一步的，所述通过预先配置的溶液混合来制备带有羧基、羟基的石墨烯量子点还包括以下步骤：
[0014]取1mg/ml的石墨烯水溶液(悬浮液)、浓硫酸、浓硝酸混合超声8
‑
16小时，其三者的质量比为1：0.1
‑
1：0.1
‑
1，获得混合液；
[0015]所述混合液加过量的去离子水稀释至pH达到6.5
‑
7.5之间，抽滤得到固体，即被氧化的石墨烯；
[0016]将所述被氧化的石墨烯在温度为180
‑
220℃的反应釜中进行水热处理，水热处理时间为8
‑
16小时；
[0017]水热处理后的产物冷却后旋蒸得到淡黄色液体，即带有羧基、羟基的石墨烯量子点。
[0018]进一步的，所述选择可以对特定气体分子具有响应能力的官能团分子为氨基苯基六氟异丙醇(HFIP)响应分子，其一端为氨基去嫁接石墨烯量子点，另一端为特定基团去吸引气体分子。
[0019]进一步的，所述将所述官能团分子与带有羧基、羟基的石墨烯量子点进行嫁接，并制备出带指定官能团的石墨烯量子点还包括以下步骤：
[0020]取1mg/ml的石墨烯量子点的N,N
–
二甲基甲酰胺(DMF)溶液、氨基苯基六氟异丙醇、N,N
’–
二环己基碳化二亚胺(DCC)加入到N
–
二甲基甲酰胺，其中前三者的质量比为1：0.5
‑
2：0.5
‑
2，获得混合溶液；
[0021]所述混合溶液在氩气保护下，温度控制在60
‑
80℃，将所述混合溶液反应18
‑
36小时；
[0022]将反应后的产物使用四氢呋喃、乙醚分别洗涤过滤3次，得到带指定官能团的石墨烯量子点。
[0023]进一步的，所述通过预先配置的材料进行叉指电极的制备包括如下制作要求：
[0024]选取厚度为10
‑
30nm的钛(Ti)和150
‑
200nm的金(Au)作为电极材料；
[0025]所述叉指电极的间距为0.1
‑
1μm；
[0026]将厚度为10
‑
30nm的钛放在厚度为150
‑
200nm的金与硅片之间。
[0027]进一步的，所述将带指定官能团的石墨烯量子点滴在带有所述叉指电极的硅片上形成一层薄膜覆盖于电极之上还包括以下步骤：
[0028]每次取1
‑
5μL的石墨烯量子点溶液，滴在带有叉指电极的硅片上；
[0029]将滴有石墨烯量子点溶液的硅片置于温度为40
‑
100℃烘箱中进行烘干；
[0030]烘干时间为15
‑
60分钟后，在硅片上形成一层薄膜覆盖于电极之上。
[0031]进一步的，所述每次取1
‑
5μL的石墨烯量子点溶液的浓度范围值为0.5
‑
2mg/ml。
[0032]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种微型气体传感器，根据上述的微型气体传感器的制作工艺得到，所述微型气体传感器包括硅片，所述硅片上交叉设置有两个电极，两个所述电极之间设置有叉指间隙，所述硅片上设置有一层薄膜覆盖于所述电极之上。
[0033]本专利技术的有益效果为：
[0034]1)、本专利技术通过对石墨烯量子点(5
‑
20个纳米尺度的零维碳材料)进行周边官能团修饰，并制作间隙为100nm以下的叉指电极，将石墨烯量子点置于叉指电极上形成导电网络，从而使得这种传感材料既保留了石墨烯量子点优异的导电性能，又能发挥官能团对气体分子的特异性响应。
[0035]2)、本专利技术采用的石墨烯量子点相较于尺寸在微米级的石墨烯片，其尺寸可达到纳米级，配合MEMS(微机电系统)工艺制成的微型叉指电极(负载在硅片上)，可以制作成整体尺寸在微米级的气体传感器，可以非常方便地集成在功能芯片或者微型电路中发挥气体
传感的作用。
[0036]3)、本专利技术采用的石墨烯量子点相较于传统的金属氧化物半导体气敏材料，可常温工作，工作中不用额外提供加热源，节约能耗并且安全可靠，不用反复加热还可以延长传感器的使用寿命。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1是根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型气体传感器的制作工艺，其特征在于，该制作工艺包括以下步骤：通过预先配置的多组溶液混合制得带有羧基、羟基的石墨烯量子点；选择可以对特定气体分子具有响应能力的官能团分子；将所述官能团分子与带有羧基、羟基的石墨烯量子点进行嫁接，并制备出带指定官能团的石墨烯量子点；通过预先配置的材料进行叉指电极的制备；将所述带指定官能团的石墨烯量子点滴在带有所述叉指电极的硅片上形成一层薄膜覆盖于电极之上。2.根据权利要求1所述的一种微型气体传感器的制作工艺，其特征在于，所述通过预先配置的溶液混合来制备带有羧基、羟基的石墨烯量子点还包括以下步骤：取1mg/ml的石墨烯水溶液、浓硫酸、浓硝酸混合超声8
‑
16小时，其三者的质量比为1：0.1
‑
1：0.1
‑
1，获得混合液；所述混合液加过量的去离子水稀释至pH达到6.5
‑
7.5之间，抽滤得到固体，即被氧化的石墨烯；将所述被氧化的石墨烯在温度为180
‑
220℃的反应釜中进行水热处理，水热处理时间为8
‑
16小时；水热处理后的产物冷却后旋蒸得到淡黄色液体，即带有羧基、羟基的石墨烯量子点。3.根据权利要求1所述的一种微型气体传感器的制作工艺，其特征在于，所述选择可以对特定气体分子具有响应能力的官能团分子为氨基苯基六氟异丙醇响应分子，其一端为氨基去嫁接石墨烯量子点，另一端为特定基团去吸引气体分子。4.根据权利要求1所述的一种微型气体传感器的制作工艺，其特征在于，所述将所述官能团分子与带有羧基、羟基的石墨烯量子点进行嫁接，并制备出带指定官能团的石墨烯量子点还包括以下步骤：取1mg/ml的石墨烯量子点的N,N
–
二甲基甲酰胺溶液、氨基苯基六氟异丙醇、N,N
’–
二环己基碳化二亚胺加入到N
–
二甲基甲酰胺，其中前三者...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐书生，蒋文凯，蒋梦琳，朱剑波，李运凤，王鑫泽，
申请(专利权)人：奥维尔斯智能科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：