一种基于光激发的气敏传感器、其制备方法及应用

本发明属于光电，特别涉及一种基于光激发的气敏传感器、其制备方法及应用。

背景技术：

1、气敏传感器是一种可以检测气体浓度的电子元件，其通过利用气体与感测材料之间的吸附发生化学吸附作用，使得感测材料的电子传输特性发生变化。通过对感测材料的电学特性测试，如电阻、电容测试等，可实现对气体浓度的检测。目前常见类型的气敏传感器是基于加热的气敏传感器，其通过加热的方式，使得更多束缚电子被激发，从而引起载流子浓度上升，然而加热的方式对部分气体的检测仍存在一定的安全隐患。

2、超晶格材料是一种人为调控晶体生长，实现纳米尺寸厚度周期结构的人工结构，其可以通过量子限域效应实现对带隙的调节，从而实现不同波段的能级跃迁方式，利用此特性可以突破半导体材料在带隙上的局限。此外，由于超晶格中的不同材料具有不同的晶格常数，使得超晶格材料中形成更多的界面交错，相较于传统材料具有更大的表面积，因此能增大对气体吸附程度，从而进一步增强载流子与气体的吸附作用，进一步提高传感器的灵敏度及响应速度。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于光激发的气敏传感器、其制备方法及应用，其目的是利用超晶格材料在光激发下的光生载流子，以实现在室温下的气敏传感检测。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于光激发的气敏传感器，包括基板，气敏测试电极，光源，测试腔体支架，光激发气敏材料，外部电极；基板位于测试腔体支架内部下层，气敏测试电极设置在基板上，光激发气敏材料设置在气敏测试电极上，光源设置在测试腔体支架内部上层；

4、光激发气敏材料为氧化锡氧化镉超晶格材料，氧化锡氧化超晶格材料的制备方法包括如下步骤：

5、步骤一：将醋酸锌，氢氧化钠，五水四氯化锡，四水硝酸镉粉末加入去离子水中混合均匀，将混合物在室温中不断搅拌直至完全溶解，获得所需前驱液；

6、步骤二：将步骤一制备的前驱液转至反应釜中加热，等待反应釜冷却致室温后得到初始白色沉淀产物；

7、步骤三：将步骤二中所得的初始白色沉淀产物通过酒精和去离子水洗涤离心后干燥得到氧化锡氧化镉纳米结构超晶格前驱物粉末；

8、步骤四：将氧化锡氧化镉纳米结构超晶格前驱物粉末放置于管式炉中煅烧，得到目标产物。

9、进一步地，气敏测试电极为叉指电极，叉指电极的叉指长度为500µm，叉指间距与叉指宽度为10µm。

10、进一步地，步骤四中，在管式炉中通入氮气，使氧化锡氧化镉纳米结构超晶格前驱物粉末在氮气环境下完成煅烧。

11、进一步地，步骤一中，加入醋酸锌，氢氧化钠，五水四氯化锡，四水硝酸镉的摩尔比为1：53~55：10~12：4~6。

12、进一步地，光源为254纳米led光源。

13、一种基于光激发的气敏传感器的制备方法，包含如下步骤：

14、步骤ⅰ：在测试腔体支架内部下层粘贴基板；

15、步骤ⅱ：将气敏测试电极设置于基板上；

16、步骤ⅲ：将光激发气敏材料设置于气敏测试电极上；

17、步骤ⅳ：将光源放置于测试腔体支架内部上层，获得气敏传感器结构。

18、进一步地，步骤ⅱ中，气敏测试电极通过光刻法制备，然后将氧化锡氧化镉超晶格材料通过旋涂的方式涂覆于叉指电极上，之后于80°c的环境下老化0.5h。

19、本发明还提供了上述基于光激发的气敏传感器或基于光激发的气敏传感器制备方法制备得到的气敏传感器在三乙胺浓度检测中的应用。

20、本发明的有益效果体现在：

21、1、本发明采用人工设计纳米级结构单元的周期性超晶格结构，由于氧化锡氧化镉材料之间存在一定的晶格常数差，更容易形成界面交错，具有更大的比表面积，有益于载流子与外界气体的吸附作用，因此具有更高的灵敏度。

22、2、本发明采用光激发的方式实现气敏传感，可以在室温下进行，可应用于易燃气体的检测，且光照检测具有瞬时测试的优势，具有更高的响应速度。

23、3、本发明制备方法工艺简单，原材料易得，成本低廉。

技术特征：

1.一种基于光激发的气敏传感器，其特征在于，包括基板（1），气敏测试电极（2），光源，测试腔体支架（5），光激发气敏材料，外部电极；所述基板（1）位于测试腔体支架内部下层，所述气敏测试电极（2）设置在基板（1）上，所述光激发气敏材料设置在所述气敏测试电极（2）上，所述光源设置在测试腔体支架（5）内部上层；

2.根据权利要求1所述的一种基于光激发的气敏传感器，其特征在于，所述气敏测试电极（2）为叉指电极，叉指电极的叉指长度为500µm，叉指间距与叉指宽度为10µm。

3.根据权利要求1所述的一种基于光激发的气敏传感器，其特征在于，所述步骤四中，在管式炉中通入氮气，使氧化锡氧化镉纳米结构超晶格前驱物粉末在氮气环境下完成煅烧。

4.根据权利要求1所述的一种基于光激发的气敏传感器，其特征在于，所述步骤一中，加入醋酸锌，氢氧化钠，五水四氯化锡，四水硝酸镉的摩尔比为1：53~55：10~12：4~6。

5.根据权利要求1所述的一种基于光激发的气敏传感器，其特征在于，所述光源为254纳米led光源（4）。

6.一种权利要求1-5中任意一项所述的一种基于光激发的气敏传感器的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种基于光激发的气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤ⅱ中，所述气敏测试电极通过光刻法制备，然后将氧化锡氧化镉超晶格材料通过旋涂的方式涂覆于叉指电极上，之后于80°c的环境下老化0.5h。

8.权利要求1-5中任意一项所述的一种基于光激发的气敏传感器或权利要求6-7中任意一项所述的制备方法制备得到的气敏传感器在三乙胺浓度检测中的应用。

技术总结
本发明属于光电技术领域，特别涉及一种基于光激发的气敏传感器、其制备方法及应用，气敏传感器包括基板，气敏测试电极，光源，测试腔体支架，光激发气敏材料，外部电极；基板位于测试腔体支架内部下层，气敏测试电极设置在基板上，光激发气敏材料设置在气敏测试电极上，光源设置在测试腔体支架内部上层，光激发气敏材料为氧化锡氧化镉超晶格材料。本发明采用光激发的方式实现气敏传感，可以在室温下进行，可应用于易燃气体的检测，且光照检测具有瞬时测试的优势，具有更高的响应速度，在对三乙胺气体的检测中效果显著。

技术研发人员：李金华,王治洋,陈泽磊
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14