CN104614413A - 一种无电极式半导体气体传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无电极式半导体气体传感器及其制备方法。采用无电极式设计，利用灵敏度高、导电性能好的胶态纳米晶复合材料制作气敏层，将其于室温下涂覆在绝缘衬底上形成器件，无需使用额外的信号电极，器件结构和工艺步骤简单，且利于降低成本，适于批量生产，而且适于制作成柔性气体传感器。本发明的气体传感器具有轻、薄、短、小和便携性好的特点，而且工作温度低，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于气敏材料与元件技术领域，更具体地，涉及一种无电极式半导体气体传感器及其制备方法。
背景技术
半导体电阻式气体传感器具有测量方式简单、灵敏度高、响应快、操作方便、成本低等特点，广泛应用于易燃易爆气体和毒害性气体的探测，在环境保护、工业生产和医疗卫生等领域发挥着重要作用。近年来，诸如量子点、石墨烯、碳纳米管、硅纳米线等新型纳米材料的不断涌现给半导体气体传感器注入了新的活力，尤其是包括胶态量子点在内的胶态纳米晶因其大比表面积、高表面活性、大小均一、尺寸可控等优良特性显著改善了气体传感器的性能，使得气体传感器的工作温度不断降低，进一步推动了半导体气体传感器的迅猛发展。
然而，目前的半导体气体传感器仍然使用传统的“绝缘衬底、信号电极和气敏层”的结构，其中，信号电极的制备一般采用丝网印刷、真空蒸镀或者溅射等工艺，这些工艺不仅操作复杂，而且由于真空或高温等条件的要求大大增加了气体传感器的成本。另外，由于工作温度较高，信号电极容易氧化，而且可能与气敏层发生界面反应，影响气体传感器的性能。
例如，H.Liu等人(Appl.Phys.Lett.105,163104(2014))研究了一种氧化锡(SnO2)量子点气体传感器，在低温下(70℃)对硫化氢气体具有较高的灵敏度和可恢复的快速响应。该气体传感器是将银浆丝网印刷在氧化铝陶瓷衬底上并经过高温烧结(650℃)制作成信号电极，而后在其表面继续涂覆氧化锡量子点气敏层。以银作为信号电极层的传感器不仅成本高，制作工艺繁琐、能耗大，且银易氧化或硫化，不利于气体传感器的稳定性。
此外，上述传感器因信号电极层制作温度高而限制了柔性衬底的使用，无法制备性能优良的柔性气体传感器。H.Liu等人(Advanced Materials 26(2014)2718-2724)研究了一种可弯曲、快速响应的硫化铅(PbS)量子点气体传感器，绝缘衬底为氧化铝陶瓷、塑料或纸，该气体传感器在室温下对50ppm的二氧化氮(NO2)有高灵敏度和快速响应速度。但该器件结构采用了传统器件结构，需预先在氧化铝陶瓷或塑料、纸等柔性的绝缘衬底上使用真空磁控溅射的方式制备金信号电极。金的价格昂贵，且需采用真空工艺，不仅制作成本高、工艺复杂，传感器的抗弯曲疲劳特性受到信号电极与绝缘衬底以及气敏层之间的界面剥离以及信号电极本身的弯曲劈裂等因素的限制，因而对信号电极有很高的要求，限制了柔性气体传感器的设计与制备。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无电极式半导体气体传感器及其制备方法，摒弃传统电极结构，避免了电极与衬底和气敏材料之间的相互作用，该方法不仅能用于刚性器件，还能制备出较好的柔性器件，实现器件的完全柔性，使气体传感器更加轻薄、便携，且工艺简单，能耗小，成本低，具有良好的应用前景。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种半导体气体传感器，其特征在于，包括绝缘衬底和气敏层；所述气敏层直接覆盖在所述绝缘衬底上，由胶态纳米晶和导电材料构成；所述导电材料为石墨烯或导电聚合物。
优选地，所述气敏层由胶态纳米晶与石墨烯复合而成；所述胶态纳米晶为硫化铅(PbS)胶态纳米晶和/或硒化铅(PbSe)胶态纳米晶，所述气敏层中Pb原子和C原子的摩尔比为1:(0.5～12)。
优选地，所述气敏层由导电聚合物薄膜和胶态纳米晶薄膜依次堆叠而成；所述胶态纳米晶薄膜为硫化物胶态纳米晶薄膜或氧化物胶态纳米晶薄膜，所述胶态纳米晶薄膜与所述导电聚合物薄膜的厚度之比为1:(0.5～2)。
优选地，所述气敏层由胶态纳米晶与导电聚合物复合而成；所述胶态纳米晶为硫化物胶态纳米晶或氧化物胶态纳米晶，所述导电聚合物与所述胶态纳米晶的质量之比为1:(250～2500)。
按照本发明的另一方面，提供了一种半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将胶态纳米晶/石墨烯复合粉末均匀分散在有机溶剂中，得到混合液；(2)将步骤(1)得到的混合液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜；(3)重复执行步骤(2)，得到具有所需厚度的气敏层，完成气体传感器的制备。
优选地，所述胶态纳米晶/石墨烯复合粉末为硫化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末和/或硒化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩尔比为1:(0.5～12)。
优选地，所述胶态纳米晶/石墨烯复合粉末按照如下方法制备：(A1)将氧化石墨烯和含铅化合物按比例配料，将配置好的原料与含硫元素和/或硒元素的有机溶剂混合，得到混合液；(A2)用溶剂热法对步骤(A1)得到的混合液进行处理，将反应结束后的混合液进行固液分离，取出下层固体沉淀物；(A3)用有机溶剂清洗步骤(A2)得到的固体沉淀物，以去除残余的反应物；(A4)将清洗后的固体沉淀物干燥，得到硫化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末和/或硒化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末。
按照本发明的另一方面，提供了一种半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将导电聚合物的溶液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜，待薄膜干燥；(2)涂覆胶态纳米晶溶液，使其均匀成膜；(3)重复执行步骤(2)，得到具有所需厚度的胶态纳米晶薄膜，完成气体传感器的制备。
优选地，所述胶态纳米晶溶液为硫化物胶态纳米晶溶液或氧化物胶态纳米晶溶液，所述胶态纳米晶薄膜与所述导电聚合物薄膜的厚度之比为1:(0.5～2)。
按照本发明的另一方面，提供了一种半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将导电聚合物的溶液与胶态纳米晶溶液均匀混合，得到混合液；(2)将步骤(1)得到的混合液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜；(3)重复执行步骤(2)，得到具有所需厚度的气敏层，完成气体传感器的制备。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、采用无电极式设计，利用具有良好的气敏响应、电导率高且机械性能优良的复合气敏材料制作气敏层，摒弃传统器件结构中的信号电极，不仅降低了成本，而且避免了电极与衬底和气敏材料之间的相互作用，既能用于刚性器件，还能制备出较好的柔性器件，实现器件的完全柔性，使气体传感器更加轻薄、便携，具有良好的应用前景。
2、无电极式设计简化了器件结构和制备步骤，气敏层能在室温下采用旋涂、喷涂、打印和印刷等工艺直接成膜，不需要经过高温处理，器件制作工艺简单，能耗小，成本低。
3、采用胶态纳米晶/石墨烯复合材料制备气敏层，一方面，由于石墨烯具有高电导率和良好的机械性能，能有效取代传统电极发挥导电功能，并制备出较好的柔性器件；另一方面，通过高表面活性的胶态纳米晶修饰石墨烯表面，胶态纳米晶作为主要的气体敏感活性材料，能避免石墨烯气体传感器中因石墨烯的电导率和气体吸附能力过高带来的气体响应灵敏度低、脱附困难的问题，本发明的传感器具有灵敏度高、响应快、可恢复的特点，能在较低的工作温度下检测低浓度目标气体。
4、采用胶态纳米晶与导电聚合物形成气敏层，由于导电聚合物薄膜具有高电导率和良好的机械性能，能制备出较好的柔性器件，进一步拓宽了无电极式设计的适用范围。
附图说明
图1是本发明的半导体气体传感器的结构示意图；
图2是本发明实施例2制得的气体传感器在室温下对50ppm二氧化氮的响应曲线；
图3是本发明实施例4制得的气体传感器在室温下对50ppm二氧化氮的响应曲线；
图4是本发明实施例6制得的气体传感器在室温下对50ppm二氧化氮的响应曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明为避免传统气体传感器的信号电极与绝缘衬底和气敏材料之间的相互作用，采用无电极式设计。如图1所示，本发明的半导体气体传感器包括绝缘衬底和气敏层，气敏层直接覆盖在绝缘衬底上，由胶态纳米晶和导电材料构成。通过将具有高导电率和良好机械性能的导电材料引入气敏层，使气敏层在具备传统电极导电功能的同时，与衬底形成良好的机械接触和匹配，不仅可用于传统刚性气体传感器的制备，还能制备出性能优异的柔性器件。
本发明第一个实施例的半导体气体传感器包括绝缘衬底和气敏层，气敏层直接覆盖在绝缘衬底上。其中，气敏层由胶态纳米晶和石墨烯复合而成。具体地，胶态纳米晶为PbS胶态纳米晶和/或PbSe胶态纳米晶，气敏层中Pb原子和C原子的摩尔比为1:(0.5～12)；绝缘衬底为纸、塑料或陶瓷。
上述半导体气体传感器的制备方法为：
(1)将胶态纳米晶/石墨烯复合粉末均匀分散在有机溶剂中，得到混合液。具体地，有机溶剂为丙酮。
(2)将步骤(1)得到的混合液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜。具体地，可在室温下以滴涂、旋涂、浸泡提拉、喷涂、打印等方式将混合液涂覆在绝缘衬底上成膜；绝缘衬底为纸、塑料或陶瓷。
(3)重复执行步骤(2)，得到具有所需厚度的气敏层，完成气体传感器的制备。
具体地，胶态纳米晶/石墨烯复合粉末为PbS胶态纳米晶/石墨烯复合粉末和/或PbSe胶态纳米晶/石墨烯复合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩尔比为1:(0.5～12)。
上述PbS胶态纳米晶/石墨烯复合粉末和/或PbSe胶态纳米晶/石墨烯复合粉末按照如下方法制备：
(A1)将氧化石墨烯和含铅化合物按比例配料，将配置好的原料与含硫元素和/或硒元素的有机溶剂混合，得到混合液。具体地，含铅化合物为醋酸铅；含硫元素的有机溶剂为二甲基亚砜(DMSO)和二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂。
(A2)用溶剂热法对步骤(A1)得到的混合液进行处理，将反应结束后的混合液进行固液分离，取出下层固体沉淀物。
(A3)用有机溶剂清洗步骤(A2)得到的固体沉淀物，以去除残余的反应物。具体地，有机溶剂为丙酮和乙醇。
(A4)将清洗后的固体沉淀物干燥，得到硫化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末和/或硒化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末。
实施例1
取40mg氧化石墨烯(GO)和0.106g醋酸铅，将其分散在2.5ml DMSO和27.5ml DMF组成的混合溶剂中，超声1小时使其分散均匀，得到混合液；将混合液移至50ml的反应釜中，在180℃的高温下反应12小时，将反应结束后的混合液倒出上层液体，取出下层固体沉淀物；用丙酮和乙醇清洗固体沉淀物，以去除残余的反应物，具体过程为：先后向固体沉淀物中加入10ml丙酮和15ml乙醇，放入离心机以5000rpm的转速旋转离心3分钟，然后倒出上清液，留下沉淀物，第一次清洗过程结束，重复该过程三次完成清洗；将清洗后的固体沉淀物放在空气中自然干燥24小时，得到PbS胶态纳米晶/还原氧化石墨烯(rGO)复合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩尔比为1:12。
将复合粉末按浓度为50mg/ml分散在丙酮中，超声30分钟使其分散均匀，得到混合液；以1000rpm的转速将混合液旋涂在绝缘陶瓷衬底上，使其均匀成膜；重复旋涂3次，使薄膜达到所需厚度，完成气体传感器的制备。
实施例2
取30mg氧化石墨烯和0.675g醋酸铅，将其分散在2.5ml DMSO和27.5ml DMF组成的混合溶剂中，超声1小时使其分散均匀，得到混合液；将混合液移至50ml的反应釜中，在180℃的高温下反应12小时，将反应结束后的混合液倒出上层液体，取出下层固体沉淀物；用丙酮和乙醇清洗固体沉淀物，以去除残余的反应物，具体过程为：先后向固体沉淀物中加入10ml丙酮和15ml乙醇，放入离心机以5000rpm的转速旋转离心3分钟，然后倒出上清液，留下沉淀物，第一次清洗过程结束，重复该过程三次完成清洗；将清洗后的固体沉淀物放在空气中自然干燥24小时，得到PbS胶态纳米晶/rGO复合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩尔比为1:1.4。
将复合粉末按浓度为50mg/ml分散在丙酮中，超声30分钟使其分散均匀，得到混合液；以1000rpm的转速将混合液旋涂在绝缘陶瓷衬底上，使其均匀成膜；重复旋涂3次，使薄膜达到所需厚度，完成气体传感器的制备。
实施例3
衬底为纸，其它实验条件与实施例2相同。
实施例4
衬底为PET塑料，其它实验条件与实施例2相同。
实施例5
取60mg氧化石墨烯和4.05g醋酸铅，将其分散在5ml DMSO和57.5mlDMF组成的混合溶剂中，超声1小时使其分散均匀，得到混合液；将混合液移至80ml的反应釜中，在180℃的高温下反应12小时，将反应结束后的混合液倒出上层液体，取出下层固体沉淀物；用丙酮和乙醇清洗固体沉淀物，以去除残余的反应物，具体过程为：先后向固体沉淀物中加入10ml丙酮和15ml乙醇，放入离心机以5000rpm的转速旋转离心3分钟，然后倒出上清液，留下沉淀物，第一次清洗过程结束，重复该过程三次完成清洗；将清洗后的固体沉淀物放在空气中自然干燥24小时，得到PbS胶态纳米晶/rGO复合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩尔比为1:0.5。
将复合粉末按浓度为50mg/ml分散在丙酮中，超声30分钟使其分散均匀，得到混合液；以1000rpm的转速将混合液旋涂在纸衬底上，使其均匀成膜；重复旋涂3次，使薄膜达到所需厚度，完成气体传感器的制备。
实施例2和实施例4制得的气体传感器在室温下对50ppm二氧化氮的响应曲线分别如图2和图3所示。实施例1～5制得的气体传感器在室温下对50ppm二氧化氮的各项性能参数如下表所示。
由上表可知，本发明各实施例制备的气体传感器与现有的室温气体传感器相比，由于石墨烯的高电导率，极大地缩短了器件的响应时间与恢复时间，实现了材料的自导电；由于高活性的PbS胶态纳米晶提供大量表面活性位，使得灵敏度也有所提升(此处，灵敏度指气体传感器在空气和气体里的电阻值中较大的电阻值比上较小的电阻值)。采用本发明的无电极式设计，不论是由陶瓷衬底制作的刚性器件，还是由纸衬底和PET塑料衬底制作的柔性器件，相比同类器件均具有更好的性能，说明本发明的无电极制备工艺不仅能用于刚性器件，且还能与柔性器件实现良好兼容，用于柔性器件，适用范围广。进一步地，当Pb原子和C原子的摩尔比为1:1.4时，器件具有较高的灵敏度，综合性能较优，这是因为此时修饰在石墨烯表面的PbS胶态纳米晶在石墨烯表面具有合适的间距，能够充分发挥两者的优良性能。
本发明第二个实施例的半导体气体传感器包括衬底和气敏层，气敏层直接覆盖在衬底上，由导电聚合物薄膜和胶态纳米晶薄膜依次堆叠而成。具体地，胶态纳米晶薄膜为硫化物(如PbS)胶态纳米晶薄膜或氧化物(如SnO2)胶态纳米晶薄膜，胶态纳米晶薄膜与导电聚合物薄膜的厚度之比为1:(0.5～2)。
上述半导体气体传感器的制备方法为：
(1)将导电聚合物的溶液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜，待薄膜干燥。
(2)涂覆胶态纳米晶溶液，使其均匀成膜。具体地，胶态纳米晶溶液为硫化物胶态纳米晶溶液或氧化物胶态纳米晶溶液。
(3)重复执行步骤(2)，得到具有所需厚度的胶态纳米晶薄膜，完成气体传感器的制备。具体地，胶态纳米晶薄膜与导电聚合物薄膜的厚度之比为1:(0.5～2)。
实施例6
将聚3,4-亚乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)均匀滴在绝缘陶瓷衬底上，以1000rpm的速度旋涂15s；在热台上以150℃加热10min后自然冷却，以干燥聚3,4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)薄膜；将浓度为50mg/ml的PbS胶态纳米晶溶液均匀滴在PEDOT薄膜上，以2000rpm的速度旋涂15s；重复旋涂PbS胶态纳米晶溶液四次，得到的PbS胶态纳米晶薄膜与PEDOT薄膜的厚度之比为1:0.5，完成气体传感器的制备。
实施例7
将PEDOT:PSS均匀滴在绝缘陶瓷衬底上，以1000rpm的速度旋涂15s，重复两次涂覆两层PEDOT薄膜；在热台上以150℃加热10min后自然冷却，以干燥PEDOT薄膜；将浓度为50mg/ml的PbS胶态纳米晶溶液均匀滴在PEDOT薄膜上，以2000rpm的速度旋涂15s；重复旋涂PbS胶态纳米晶溶液两次，并得到的PbS胶态纳米晶薄膜与PEDOT薄膜的厚度之比为1:2，完成气体传感器的制备。
实施例8
将PEDOT:PSS均匀滴在PET塑料衬底上，以1000rpm的速度旋涂15s；在热台上以50℃加热12min后自然冷却，以干燥PEDOT薄膜；将浓度为50mg/ml的PbS胶态纳米晶溶液均匀滴在PEDOT薄膜上，以2000rpm的速度旋涂15s；重复旋涂PbS胶态纳米晶溶液三次，得到的PbS胶态纳米晶薄膜与PEDOT薄膜的厚度之比为1.5:1，完成气体传感器的制备。
实施例9
将6,6-苯基-C61丁酸甲酯(PCBM)的溶液均匀滴在绝缘陶瓷衬底上，以1000rpm的速度旋涂15s，重复两次涂覆两层PCBM薄膜；在热台上以70℃加热10min后自然冷却，以干燥PCBM薄膜；将浓度为50mg/ml的PbS胶态纳米晶溶液均匀滴在PCBM薄膜上，以2000rpm的速度旋涂15s；重复旋涂PbS胶态纳米晶溶液两次，得到的PbS胶态纳米晶薄膜与PCBM薄膜的厚度之比为1:2，完成气体传感器的制备。
实施例10
将聚苯胺的混合液均匀滴在绝缘陶瓷衬底上，以1000rpm的速度旋涂15s，重复两次涂覆两层聚苯胺薄膜；在热台上以70℃加热10min后自然冷却，以干燥聚苯胺薄膜；将浓度为50mg/ml的PbS胶态纳米晶溶液均匀滴在聚苯胺薄膜上，以2000rpm的速度旋涂15s；重复旋涂PbS胶态纳米晶溶液两次，得到的PbS胶态纳米晶薄膜与聚苯胺薄膜的厚度之比为1:2，完成气体传感器的制备。
实施例6～10分别采用PEDOT、PCBM或聚苯胺导电聚合物与胶态纳米晶构成气敏层，利用导电聚合物的高导电性能，使得制备的气体传感器响应恢复速度快，性能优良。其中，实施例6制得的气体传感器在室温下对50ppm二氧化氮的响应曲线如图4所示，灵敏度为4.8，由于PEDOT的高导电性，器件的响应恢复速度较快，响应时间为3s，恢复时间为63s。实施例8制备的柔性器件由于采用PEDOT导电层使得原本高电阻率的PbS胶态纳米晶能够采用无电极工艺，与柔性器件相互兼容，实现了性能较好的全柔性气体传感器。
本发明第三个实施例的半导体气体传感器包括绝缘衬底和气敏层，气敏层直接覆盖在绝缘衬底上，由胶态纳米晶与导电聚合物复合而成。具体地，胶态纳米晶为硫化物(如PbS)胶态纳米晶或氧化物(如SnO2)胶态纳米晶，导电聚合物与胶态纳米晶的质量之比为1:(250～2500)。
上述半导体气体传感器的制备方法为：
(1)将导电聚合物的溶液与胶态纳米晶溶液均匀混合，得到混合液。具体地，胶态纳米晶溶液为硫化物胶态纳米晶溶液或氧化物胶态纳米晶溶液，导电聚合物与胶态纳米晶的质量之比为1:(250～2500)。
(2)将步骤(1)得到的混合液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜。
(3)重复执行步骤(2)，得到具有所需厚度的气敏层，完成气体传感器的制备。
实施例11
将1ml PEDOT:PSS溶液和5ml PbS胶态纳米晶溶液均匀混合，得到的混合液中PEDOT与PbS胶态纳米晶的质量比为1:250；将混合液均匀滴在绝缘陶瓷衬底上，以1500rpm的速度旋涂15s，使其均匀成膜；重复旋涂上述混合液三次，得到具有所需厚度的气敏层，完成气体传感器的制备。
实施例12
将100μl PEDOT:PSS溶液和5ml PbS胶态纳米晶溶液均匀混合，得到的混合液中PEDOT与PbS胶态纳米晶的质量比为1:2500；将混合液均匀滴在绝缘陶瓷衬底上，以1500rpm的速度旋涂15s，使其均匀成膜；重复旋涂上述混合液三次，得到具有所需厚度的气敏层，完成气体传感器的制备。
实施例13
将100μl PEDOT:PSS溶液和1ml PbS胶态纳米晶溶液均匀混合，得到的混合液中PEDOT与PbS胶态纳米晶的质量比为1:500；将混合液均匀滴在陶瓷衬底上，以1500rpm的速度旋涂15s，使其均匀成膜；重复旋涂上述混合液三次，得到具有所需厚度的气敏层，完成气体传感器的制备。
实施例11～13采用导电聚合物与胶态纳米晶混合溶液制备气敏层，高电导率的导电聚合物与高表面活性的胶态纳米晶复合，两者的协同作用实现了气敏材料的自导电，提高了传感器的响应恢复速度。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半导体气体传感器，其特征在于，包括绝缘衬底和气敏层；所述气敏层直接覆盖在所述绝缘衬底上，由胶态纳米晶和导电材料构成；所述导电材料为石墨烯或导电聚合物。
2.如权利要求1所述的半导体气体传感器，其特征在于，所述气敏层由胶态纳米晶与石墨烯复合而成；所述胶态纳米晶为硫化铅胶态纳米晶和/或硒化铅胶态纳米晶，所述气敏层中Pb原子和C原子的摩尔比为1:(0.5～12)。
3.如权利要求1所述的半导体气体传感器，其特征在于，所述气敏层由导电聚合物薄膜和胶态纳米晶薄膜依次堆叠而成；所述胶态纳米晶薄膜为硫化物胶态纳米晶薄膜或氧化物胶态纳米晶薄膜，所述胶态纳米晶薄膜与所述导电聚合物薄膜的厚度之比为1:(0.5～2)。
4.如权利要求1所述的半导体气体传感器，其特征在于，所述气敏层由胶态纳米晶与导电聚合物复合而成；所述胶态纳米晶为硫化物胶态纳米晶或氧化物胶态纳米晶，所述导电聚合物与所述胶态纳米晶的质量之比为1:(250～2500)。
5.一种半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将胶态纳米晶/石墨烯复合粉末均匀分散在有机溶剂中，得到混合液；
(2)将步骤(1)得到的混合液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜；
(3)重复执行步骤(2)，得到具有所需厚度的气敏层，完成气体传感器的制备。
6.如权利要求5所述的半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述胶态纳米晶/石墨烯复合粉末为硫化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末和/或硒化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩尔比为1:(0.5～12)。
7.如权利要求6所述的半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述胶态纳米晶/石墨烯复合粉末按照如下方法制备：
(A1)将氧化石墨烯和含铅化合物按比例配料，将配置好的原料与含硫元素和/或硒元素的有机溶剂混合，得到混合液；
(A2)用溶剂热法对步骤(A1)得到的混合液进行处理，将反应结束后的混合液进行固液分离，取出下层固体沉淀物；
(A3)用有机溶剂清洗步骤(A2)得到的固体沉淀物，以去除残余的反应物；
(A4)将清洗后的固体沉淀物干燥，得到硫化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末和/或硒化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末。
8.一种半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将导电聚合物的溶液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜，待薄膜干燥；
(2)涂覆胶态纳米晶溶液，使其均匀成膜；
(3)重复执行步骤(2)，得到具有所需厚度的胶态纳米晶薄膜，完成气体传感器的制备。
9.如权利要求8所述的半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述胶态纳米晶溶液为硫化物胶态纳米晶溶液或氧化物胶态纳米晶溶液，所述胶态纳米晶薄膜与所述导电聚合物薄膜的厚度之比为1:(0.5～2)。
10.一种半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将导电聚合物的溶液与胶态纳米晶溶液均匀混合，得到混合液；
(2)将步骤(1)得到的混合液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜；
(3)重复执行步骤(2)，得到具有所需厚度的气敏层，完成气体传感器的制备。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20170616 |