CN107407655A - 含有铜基掺杂剂的氧化铟纳米线、其形成方法和含有该氧化铟纳米线的气体传感器及形成多个含有金属酞菁的纳米线的方法、纳米线装置和含有多个金属酞菁纳米线的气体传感器 - Google Patents

含有铜基掺杂剂的氧化铟纳米线、其形成方法和含有该氧化铟纳米线的气体传感器及形成多个含有金属酞菁的纳米线的方法、纳米线装置和含有多个金属酞菁纳米线的气体传感器 Download PDF

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Abstract

根据本发明的实施例，提供了形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的方法。所述方法包括提供铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料，以及进行热蒸发处理使所述铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料蒸发，以在基底上形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线。根据本发明的另外的实施例，还提供了包含铜基掺杂剂和气体传感器的氧化铟纳米线。根据本发明的另外的实施例，还提供了形成包含金属酞菁的多个纳米线的方法、纳米线装置和气体传感器。

Description

含有铜基掺杂剂的氧化铟纳米线、其形成方法和含有该氧化 铟纳米线的气体传感器及形成多个含有金属酞菁的纳米线的 方法、纳米线装置和含有多个金属酞菁纳米线的气体传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求了2014年10月31日提交的新加坡专利申请No.10201407136R的优先权，为所有目的而将其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
各个实施例涉及形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的方法、包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线、形成多个包含金属酞菁的纳米线的方法、纳米线装置和气体传感器。
背景技术
对各种工作场所的防卫和安全方面而言，例如从石化公司、造船厂到废水处理厂、地下停车场，检测和监测大气气体和危险的分子种类极其重要，。2012年，气体传感器的估计市价为15亿美元。市场上现有的气体传感器通常是基于具有几种不同运行机制的庞杂的技术，其包括电化学传感器、催化传感器、半导体传感器和红外光传感器。虽然体积庞大的传感器在它们各自的领域用于气体感测是可以接受的，但仍然强烈需要具有更好的性能、更小的外形尺寸和更低成本的改进的传感器。因此，需要紧凑、薄的、轻质且方便的传感器。
发明内容
根据实施例，提供了形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的方法。该方法包括提供铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料，以及进行热蒸发处理使铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料蒸发，以在基底上形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线。
根据实施例，提供了包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线。
根据实施例，提供了气体传感器。所述气体传感器包含至少一个氧化铟纳米线和至少一个电极，所述氧化铟纳米线包含铜基掺杂剂，所述电极与至少一个氧化铟纳米线电耦合。
根据实施例，提供了形成多个包含金属酞菁的纳米线的方法。所述方法包含提供包含金属酞菁的溶液，将所述溶液旋涂到基底上以在基底上形成包含金属酞菁的膜，并且控制在膜上进行的热处理，以从膜上形成多个纳米线，所述多个纳米线包括所述金属酞菁。
根据实施例，提供了纳米线装置。所述纳米线装置包含基底和该基底上的膜，所述膜包含多个金属酞菁纳米线。
根据实施例，提供了气体传感器。所述气体传感器包含膜和至少一个电极，所述膜包含多个金属酞菁纳米线，所述电极与多个金属酞菁纳米线电耦合。
附图说明
在附图中，贯穿不同的视图，相同的附图标记通常指代相同的部件。附图不一定按比例绘制，而是通常重点说明本发明的原理。在下面的描述中，参考以下附图描述本发明的各个实施例，其中：
图1A示出了阐明根据各个实施例的形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的方法的流程图。
图1B示出了根据各个实施例的包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的示意性横断面图。
图1C示出了根据各个实施例的气体传感器的示意性横断面图。
图1D示出了阐明根据各个实施例的形成包含金属酞菁的多个纳米线的方法的流程图。
图1E示出了根据各个实施例的纳米线装置的示意性透视图。
图1F示出了根据各个实施例的气体传感器的示意性透视图。
图2示出了根据各个实施例的合成的氧化铟(In2O3)纳米线的扫描电子显微镜(SEM)图像。比例尺表示1μm。
图3A示出了根据各个实施例的铜-氧化铟(Cu-In2O3)纳米线的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像。
图3B示出了根据各个实施例的铜-氧化铟(Cu-In2O3)纳米线的相应的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像，其示出了点阵间距。
图3C示出了根据各个实施例的沿着铜-氧化铟(Cu-In2O3)纳米线的<211>晶带轴记录的相应的选择区域电子衍射(SAED)图案。
图3D示出了根据各个实施例的铜-氧化铟(Cu-In2O3)纳米线的电子背散射衍射(EDS)图案。
图4A示出了阐明根据各个实施例的单个纳米线气体传感器的设备结构的示意图。
图4B示出了根据各个实施例的具有4-探头设置(4-probe setup)的单个纳米线设备的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图5A示出了根据各个实施例的，当暴露于5ppm一氧化碳(CO)气体中不同周期时，单个铜-氧化铟纳米线场效应晶体管(Cu-In2O3NW-FET)的漏电流(Id)-时间曲线图。
图5B示出了根据各个实施例的，当暴露于5ppm一氧化碳(CO)气体中时，单个铜-氧化铟纳米线场效应晶体管(Cu-In2O3NW-FET)的传感器响应与时间的曲线图。
图5C示出了阐明从图5B的曲线图中摘取的单个周期的曲线图。
图5D示出了根据各个实施例的，当暴露于5ppm一氧化碳(CO)气体中时，未掺杂的氧化铟纳米线场效应晶体管(In2O3NW-FET)的传感器响应与时间的曲线图。
图6示出了根据各个实施例的，阐明氧化铟(In2O3)纳米线网络双端传感器检测甲烷(CH4)气体的电流-时间关系的曲线图。
图7A示出了根据各个实施例的玻璃基底上的铜酞菁(CuPc)的高倍率的扫描电子显微镜(SEM)图像。比例尺表示为1μm。
图7B示出了根据各个实施例的，阐明厚膜铜酞菁(CuPc)气体传感器感测二氧化氮(NO2)的灵敏度与时间的关系的曲线图。
图8A至8C示出了根据各个实施例，当分别经受约2cc/min、约3cc/min和约4cc/min的二氧化氮(NO2)时，薄膜铜酞菁(CuPc)气体传感器的灵敏度与时间的曲线图。
图9A示出了根据各个实施例的便携式传感器卡的示意性前视图。
图9B示出了图9A的便携式传感器卡的分解侧视图。
具体实施方式
以下详细说明涉及附图，附图以示例的方式示出可以实践本发明的具体细节和实施例。对这些实施例进行了充分描述，以使本领域技术人员能够实施本发明。在不脱离本发明的范围情况下，可以利用其它实施例并且可以做出结构上、逻辑上和电学上的改变。各个实施例不一定是互相排斥的，因为一些实施例可以与一个或多个其它实施例组合以形成新的实施例。
对于其它方法或设备，在其中一种方法或设备的上下文中描述的实施例是类似有效的。同样地，对于设备，在方法的上下文中描述的实施例是类似有效的，反之亦然。
在实施例的上下文中描述的特征相应地适用于其它实施例中相同或相似的特征。在实施例的上下文中描述的特征相应地适用于其它实施例，即使在这些其它实施例中没有明确描述。此外，在实施例的上下文中针对特征描述的添加和/或组合和/或替代方案相应地适用于其它实施例中的相同或相似的特征。
在各个实施例的上下文中，关于特征或元素使用的冠词“一(a)”，“一(an)”和“所述(the)”包括对特征或元素中的一个或多个的引用。
在各个实施例的上下文中，短语“至少基本上”包括“精确”和合理的差异。
在各个实施例的上下文中，应用于数值的术语“约”或“近似”包含确切的值和合理的差异。
如本文所使用的，术语“和/或”包含一个或多个相关列出的项目的任何和所有的组合。
如本文所使用的，形式短语“A或B中的至少一个”包括A或B，或A和B两者。相应地，“A或B或C中的至少一个”或包括进一步列出的项目的形式短语，可以包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有的组合。
各个实施例提供了基于纳米线和粒状网络的微型化传感器。
各个实施例提供高灵敏度(检出限<1ppm)、有选择性(具有用于目标气体的工程材料/结构)、快速响应(达到<1s响应)、低功耗(10-8-10-6W)和显著的稳定性(纳米材料的固有稳定性)的纳米线气体传感器。
各个实施例提供纳米线传感器，其允许产品尺寸的有效缩小，从现有的体积庞大的传感器到薄的传感器卡大小。考虑到广阔的市场需求，各个实施例进一步提供高度集成的具有改进的性能、增强的便携性、薄和紧凑的设计以及更低成本的便携式纳米线传感器卡，该纳米线传感器卡有希望商业化。
图1A示出了阐明根据各个实施例的形成包含铜(Cu)基掺杂剂的氧化铟(In2O3)纳米线的方法的流程图100。
在102中，提供了铟(In)基前体材料和铜(Cu)基掺杂剂前体材料。
在104中，进行热蒸发处理以使铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料蒸发，以在基底上(例如，硅(Si)基底)形成包含铜(Cu)基掺杂剂的氧化铟(In2O3)纳米线。这意味着所述氧化铟纳米线掺杂有铜基掺杂剂，或者换句话说，所述氧化铟纳米线是铜掺杂的。
在各个实施例中，在104中，加热所述铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料以从中产生相应的蒸气，其中所述相应的蒸气沉积在基底上，以在基底上形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线。从所述铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料产生的相应的蒸气可以在沉积在基底上之前或者在形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线之前相互作用或相互反应。
在各个实施例中，所述铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料可以设置在石英管中或设置到石英管中，例如朝向石英管的密封端。基底也可以设置在石英管中，例如朝向石英管的开口端。所述石英管的开口端和密封端是相对的两端。在104中，可以在炉(例如，(水平)管式炉)中进行热蒸发处理。这意味着具有铟基前体材料、铜基掺杂剂前体材料和基底的石英管位于(管式)炉中。
在各个实施例的上下文中，所述热蒸发处理是气相沉积工艺，例如化学蒸汽沉积(CVD)工艺。
在各个实施例的上下文中，术语“前体材料”指的是起始材料。
在各个实施例中，所述铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料以约3:1至约20:1的摩尔比提供，例如，约3:1至约10:1、约3:1至约5:1、约5:1至约20:1，或约5:1至约10:1，例如约10:1。这意味着所述铟基前体材料:铜基掺杂剂前体材料的摩尔比在约3:1至约20:1的范围内。
在各个实施例中，在104中，所述热蒸发处理在约700℃和约1000℃之间(例如，在约700℃和约900℃之间、在约700℃和约800℃之间，或在约800℃和约1000℃之间，例如约875℃)的(预定)温度下进行。作为非限制性实例，所述(管式)炉的中心温度(或(管式)炉中心部分(例如铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料放置的位置)的温度)以约15℃/min的升温速率从室温(例如约25℃)增加到(预定)温度(例如约875℃)。
在各个实施例中，在104中，所述热蒸发处理可以进行约10分钟至约300分钟的(预定)持续时间，例如，约10分钟至约200分钟、约10分钟至约100分钟、约10分钟至约50分钟、约100分钟至约300分钟，或约100分钟至约200分钟，例如约60分钟。这意味着(预定)温度可以维持(预定的)持续时间。
在各个实施例中，在104中，在所述热蒸发处理期间，所述基底可维持在约400℃和约500℃之间的(预定)温度下，例如在约400℃和约450℃之间或在约450℃和约500℃之间。作为非限制性实例，当(管式)炉的中心温度(或(管式)炉的中心部分(例如铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料放置的位置)的温度)是在约700℃和约1000℃之间的(预定)温度时，所述基底放置于温度在约400℃-500℃的(管式)炉的部分。
在各个实施例中，在104中，所述热蒸发处理在至少基本上真空的环境中进行。所述热蒸发处理在约0.01毫巴和约5毫巴之间的(真空)压力下进行，例如在约0.01毫巴和约3毫巴之间、在约0.01毫巴和约1毫巴之间、约0.01毫巴和约0.1毫巴之间、约0.1毫巴和约5毫巴之间、约1毫巴和约5毫巴之间，或约0.1毫巴和约1毫巴之间。例如，将可以在其中进行热蒸发处理的管式炉密封并抽真空到预定的(真空)压力，例如在约0.01毫巴和约5毫巴之间，例如约0.01毫巴的压力。
在各个实施例中，所述方法还包括将铟基前体材料与铜基掺杂剂前体材料混合。
在各个实施例中，可以将碳基材料与所述铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料的混合物混合。所述碳基材料与所述铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料的混合物以1:1的摩尔比提供。所述碳基材料是炭黑。提供所述碳基材料或炭黑以帮助碳热反应或燃烧反应。
在各个实施例中，所述方法还包括在热蒸发处理期间引入惰性气体。所述惰性气体携带或流过由热蒸发处理产生的对应于所述铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料的相应蒸气。采用这种方式，所述惰性气体用作载气。在各个实施例中，所述惰性气体包含氩气(Ar)或氮气(N2)中的至少一种，可选地存在包含在惰性气体中的氧气(O2)。例如，虽然是可选的，但其优选包含O2来调节(tailor)In2O3的化学计量。引入氧气可以减少In2O3纳米线中的缺氧部位。
在各个实施例中，所述惰性气体与氧气的比在约100:1至约5:1的范围内，例如约50:1至约5:1、约10:1至约5:1、约100:1至约50:1，或约50:1至约20:1之间。
在各个实施例中，所述惰性气体(和氧气)以在约1sccm和约1000sccm之间的流量引入，例如，在约1sccm和约500sccm之间、在约1sccm和约100sccm之间、在约1sccm和约50sccm之间、在约50sccm和约1000sccm之间，或在约50sccm和约100sccm之间，例如约50sccm。
在各个实施例的上下文中，所述铟基前体材料包含氧化铟、三氯化铟、硝酸铟、醋酸铟、硫化铟、硫酸铟或氢氧化铟中的至少一种，例如，氧化铟(In2O3)基前体材料，例如氧化铟(In2O3)粉末。
在各个实施例的上下文中，所述铜基掺杂剂前体材料包含氧化铜(copperoxide)、氧化亚铜、二价氧化铜(cupric oxide)、氯化铜、氯氧化铜、氯化亚铜、硝酸铜、环烷酸铜(copper nahpthenate)、醋酸铜或硫酸铜中的至少一种，例如氧化铜(CuO)粉末。
在各个实施例中，所述方法还包括用金属涂覆基底。所述金属可以用作形成包含铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的催化剂。所述金属或催化剂包含金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、锰(Mn)、锗(Ge)或铋(Bi)中的至少一种。但是，应当理解的是，可以使用其它金属或材料作为催化剂。
图1B示出了根据各个实施例的包含铜(Cu)基掺杂剂(显示为实心黑色圆圈)114的氧化铟(In2O3)纳米线112的示意性横断面图。
在各个实施例中，所述铜基掺杂剂114包含铜掺杂剂原子114。应当理解的是，在各个实施例中，除了所述铜基掺杂剂114或替代方案之外，还可以使用其它掺杂剂，比如锡(Sn)、铁(Fe)、钴(Co)、镁(Mg)、铝(Al)、锌(Zn)、锗(Ge)、铋(Bi)、铅(Pb)、铂(Pt)、钯(Pd)、砷(As)、硒(Se)或镓(Ga)。
在各个实施例中，所述氧化铟纳米线112的直径d在约50nm和约300nm之间，例如，在约50nm和约150nm之间、在约50nm和约100nm之间、在约100nm和约150nm之间、在约70nm和约120nm之间，或在150nm和约300nm之间。
在各个实施例中，所述氧化铟纳米线112的长度lg在约0.5μm和约10μm之间，例如，在约0.5μm至约5μm之间、在约0.5μm和约2μm之间、在约1μm和约10μm之间、在约5μm和约10μm之间，或在约2μm和约5μm之间。
图1C示出了根据各个实施例的气体传感器120的示意性横断面图。所述气体传感器120包含至少一个氧化铟(In2O3)纳米线122和至少一个电极126，所述氧化铟(In2O3)纳米线122包含铜(Cu)基掺杂剂(显示为实心黑色圆圈)124，所述电极126与至少一个氧化铟纳米线122电耦合。这意味着所述气体传感器120是纳米线气体传感器。在各个实施例中，所述氧化铟纳米线122可以是如在氧化铟纳米线112的上下文中所描述的氧化铟纳米线。
至少一个电极126可以用作至少一个氧化铟纳米线122的电触头。至少一个电极126设置在至少一个氧化铟纳米线122上面或上方。
在各个实施例中，包含铜基掺杂剂124的至少一个氧化铟纳米线122可以用作气体感测元件。这意味着包含铜基掺杂剂124的至少一个氧化铟纳米线122可以用于感测气体。作为非限制性实例，至少一个氧化铟纳米线122的至少一个参数(例如电导率或电阻率)可以改变响应于与至少一个氧化铟纳米线122相互作用的气体。所述气体与至少一个氧化铟纳米线122接触。例如，所述气体的分子可以吸附在至少一个氧化铟纳米线122的里面或上面。
在各个实施例中，所述气体传感器120还包含基底128(如虚线框所示，不以相对于纳米线122的比例表示)，其中至少一个氧化铟纳米线122布置在基底128上。所述基底128包含硅(Si)。在各个实施例中，所述基底包含或由沉积在半导体材料(例如硅(Si)、锗(Ge)或绝缘体上的硅(SOI))上的电介质(例如二氧化硅、氧氮化物、氮化物、稀土氧化物或过渡金属氧化物)组成。在各个实施例中，对于低温处理，基底128可以是或者可以包含聚合物基底，例如聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺或聚醚醚酮。
在各个实施例中，气体传感器120包含含有铜基掺杂剂124的单个氧化铟纳米线122。
在各个实施例中，气体传感器120包含多个氧化铟纳米线122，多个氧化铟纳米线122中的每个氧化铟纳米线122包含铜基掺杂剂124。这意味着每个氧化铟纳米线122是铜掺杂的。多个或大量的氧化铟纳米线122限定了纳米线网络。
在各个实施例中，多个氧化铟纳米线122彼此间隔开。
在各个实施例中，纳米线122是核-壳纳米线，或是具有一个或多个微粒的纳米线，或是具有一层或多层化学涂层的纳米线。
在各个实施例中，多个氧化铟纳米线122的相邻的氧化铟纳米线122彼此接触。以这种方式，相邻的氧化铟纳米线122可以限定一界面，例如纳米线-纳米线界面。
在各个实施例中，多个氧化铟纳米线122至少基本上彼此平行。
在各个实施例中，气体传感器120包括电耦合到至少一个氧化铟纳米线122的两个电极(其中一个是电极126)，其中所述两个电极彼此间隔布置。所述两个电极设置在至少一个氧化铟纳米线122的相对的两端上。在各个实施例中，所述两个电极，例如，分别限定源电极和漏电极。采用这种方式，所述氧化铟纳米线122和两个电极限定了基于晶体管配置的纳米线晶体管(例如，气体传感器120是晶体管型气体传感器)。这意味着气体传感器120是铜掺杂的氧化铟纳米线晶体管(例如场效应晶体管，FET)基的气体传感器。
在各个实施例中，至少一个电极126包含金属。所述至少一个电极包含钛(Ti)或金(Au)中的至少一种。
在各个实施例中，气体传感器120还包括显示器。所述显示器是触摸显示器或触摸屏显示器，这意味着所述显示器(或屏幕)可以响应于用户的触摸。
在各个实施例中，气体传感器120还包括音频输出构件(例如，用于输出警报)。例如，当气体传感器120感测到的预定气体的量超过预定阈值水平时，可以提供警报或激活警报。
在各个实施例中，气体传感器120还包括电源(例如电池，如锂电池)。所述电源是可充电电源。
在各个实施例中，气体传感器120是便携式气体传感器。
在各个实施例中，气体传感器120是卡片大小的气体传感器。这意味着气体传感器120以卡片(例如信用卡)的形式或大小来配置或布置。
在各个实施例的上下文中，气体传感器120是电阻式传感器。至少一个氧化铟纳米线122的电阻率被调制为响应于至少一个氧化铟纳米线122与气体的相互作用，气体传感器120暴露于该气体中并且对其敏感。
在各个实施例的上下文中，气体传感器120可用于感测(或检测)气体，该气体包括但不限于甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、氧气(O2)、二氧化氮(NO2)、硫化氢(H2S)和氨(NH3)和挥发性有机化合物(VOC)(包括但不限于异丁烯、全氯乙烯、甲醛、苯、二氯甲烷等)。
各个实施例还提供设备，该设备包括含有铜(Cu)基掺杂剂的至少一个氧化铟(In2O3)纳米线以及与至少一个氧化铟纳米线电耦合的至少一个电极。所述设备的元件或组件可以是如在气体传感器120的上下文中所描述的元件或组件。
在各个实施例的上下文中，术语“铜基掺杂剂”是指存在的铜基掺杂元件或铜基杂质或铜基掺杂原子。这意味着术语“铜基掺杂剂”包括相同(铜基)种类的掺杂剂或掺杂原子。
图1D示出了阐明根据各个实施例的形成包含金属酞菁的多个纳米线的方法的流程图130。
在132中，提供包含金属酞菁的溶液。
在134中，将所述溶液旋涂在基底上以在基底上形成包含金属酞菁的膜。
在136中，控制在所述膜上进行的热处理，以便从所述膜上形成多个纳米线，所述多个纳米线包含金属酞菁(或由金属酞菁组成)。这意味着在所述膜上进行热处理并控制该热处理，例如根据至少一个相关参数(例如温度和/或热处理的持续时间)，以便能够形成多个包含金属酞菁的纳米线(或多个金属酞菁纳米线)。
形成的所述多个金属酞菁纳米线来自于该膜。
可以在基底上形成多个金属酞菁纳米线。将所述基底加热，例如，达到预定温度，以在基底上形成多个金属酞菁纳米线。
在各个实施例中，在134中，可以在室温(例如25℃)下，将所述溶液旋涂到基底上。可以在空气(例如环境大气或环境)中，将所述溶液旋涂到基底上。
在各个实施例中，在134中，将所述溶液以在约100rpm和约5000rpm之间(例如，在约100rpm和约2500rpm之间、在约100rpm和约1000rpm之间、在约2500rpm和约5000rpm之间、在约500rpm和约2500rpm之间，例如约2500rpm)的(旋转)速率或旋转速度旋涂到基底上。术语“rpm”是指每分钟转动的次数。
在各个实施例中，在134中，所述溶液以在约5秒和约300秒之间(例如，在约5秒和约100秒之间、在约5秒和约30秒之间、在约30秒和约300秒之间、在约100秒和约300秒之间，或在约50秒和约100秒之间，例如约30秒)的持续时间旋涂到基底上。
在各个实施例中，在136中，所述热处理可以在空气(例如环境大气或环境)中进行。
在各个实施例中，在136中，控制在所述膜上进行的热处理包括在约50℃和约200℃之间(例如，在约50℃和约150℃之间、在约50℃和约100℃之间，或在约100℃和约200℃之间)的温度下进行热处理。
在各个实施例中，在136中，控制在所述膜上进行的热处理包括进行至少10分钟(即≥10分钟)(例如，≥20分钟、≥30分钟、≥40分钟、≥50分钟或≥60分钟)持续时间的热处理。
在各个实施例中，在136中，控制在所述膜上进行的热处理包括在约100℃的温度下进行约10分钟持续时间的热处理。随后，或此后，在约140℃的温度下进一步进行约60分钟持续时间的热处理。这意味着所述热处理包括2个阶段或工艺，例如，在约100℃的温度下持续约10分钟，随后在约140℃的温度下持续约60分钟。
在各个实施例中，所述方法还包括搅拌溶液。在约100rpm和约2000rpm之间(例如，在约100rpm和约1000rpm之间、在约100rpm和约500rpm之间、在约400rpm和约2000rpm之间、在约400rpm和约1000rpm之间，或在约1000rpm和约2000rpm之间，例如约400rpm)的(搅拌)速率下搅拌所述溶液。
在各个实施例中，在132中，可以将包含金属酞菁的前体材料(例如金属酞菁粉末)溶解在至少一种溶剂中以提供所述溶液。所述至少一种溶剂包含氯苯和三氟乙酸(的混合物)。
在各个实施例中，所述溶液中金属酞菁的浓度为约0.01wt％至约20wt％，例如，约0.01wt％至约10wt％、约0.01wt％至约5wt％、约0.01wt％至约1wt％、约0.01wt％至约0.5wt％、约0.5wt％至约20wt％、约1wt％至约20wt％，或约0.5wt％至约5wt％，例如约0.5wt％。
在各个实施例中，所述方法进一步包括，在将所述溶液旋涂到基底上之前，在基底上形成至少一个电极。这意味着所述溶液可以旋涂在至少一个电极上。以这种方式，至少一部分膜可以形成在至少一个电极上。所述至少一个电极包含钛(Ti)或金(Au)中的至少一种。
在各个实施例中，可以在基底上形成金属层，并且该金属层可以被图案化(例如通过平版印刷)以形成至少一个电极。
在各个实施例中，在136中，控制在所述膜上进行的热处理包括，例如基于与如上文所述的热处理相关的参数(例如温度和/或持续时间)来加热至少一个电极。
在各个实施例中，多个纳米线包含在所述膜中。
在各个实施例中，所述膜的厚度在约50nm和约1000nm之间，例如，在约50nm和约500nm之间、在约50nm和约200nm之间、在约200nm和约1000nm之间、在约100nm和约500nm之间，例如约200nm。
在各个实施例的上下文中，所述基底包括聚合物基底或塑料基底或玻璃基底。所述基底是柔性的，这意味着基底可以由柔性材料制成。
在各个实施例的上下文中，所述金属酞菁包括铜酞菁(CuPc)(或由铜酞菁(CuPc)组成)。这意味着多个金属酞菁纳米线的每个金属酞菁纳米线包括铜酞菁(CuPc)(或由铜酞菁(CuPc)组成)。在各个实施例中，还可以使用其它金属(诸如镍(Ni)、铁(Fe)、锌(Zn)、镁(Mg)或钴(Co)中的至少一种)来形成金属酞菁，例如镍酞菁、铁酞菁、锌酞菁、镁酞菁或钴酞菁。
图1E示出了根据各个实施例的纳米线装置140的示意性透视图。所述纳米线装置140包括基底142和基底142上的膜144，所述膜144包括多个金属酞菁纳米线(显示为实线)146。这意味着多个金属酞菁纳米线146可以在基底142上形成。
所述膜144包括多个金属酞菁纳米线146的金属酞菁。
在各个实施例中，多个金属酞菁纳米线146包括金属酞菁或由金属酞菁组成。
在各个实施例中，多个金属酞菁纳米线146可彼此互相连接(或彼此缠绕)。
在各个实施例中，所述膜144的厚度在约50nm和约1000nm之间，例如，在约50nm和约500nm之间、在约50nm和约200nm之间、在约200nm和约1000nm之间、在约50nm和约500nm之间，例如约200nm。
在各个实施例中，可以将所述膜144旋涂在基底142上，这表示(meaning)旋涂膜。
在各个实施例的上下文中，所述基底142包括聚合物基底或塑料基底或玻璃基底。所述基底是柔性的，这意味着基底可以由柔性材料制成。
在各个实施例的上下文中，所述多个金属酞菁纳米线146包括铜酞菁(CuPc)(或由铜酞菁(CuPc)组成)。这意味着多个金属酞菁纳米线146的每个金属酞菁纳米线146包括铜酞菁(CuPc)(或由铜酞菁(CuPc)组成)。在各个实施例的上下文中，还可以使用其它金属(诸如镍(Ni)、铁(Fe)、锌(Zn)、镁(Mg)或钴(Co)中的至少一种)来形成多个金属酞菁纳米线146，例如每个金属酞菁纳米线146包括镍酞菁、铁酞菁、锌酞菁、镁酞菁或钴酞菁(或由镍酞菁、铁酞菁、锌酞菁、镁酞菁或钴酞菁组成)。
在各个实施例的上下文中，多个金属酞菁纳米线146的每个金属酞菁纳米线146的纵横比在约5和约100之间，例如，在约5和约50之间、在约5和约20之间、在约5和约10之间、在约20和约100之间、在约10和约50之间。
在各个实施例的上下文中，多个金属酞菁纳米线146的每个金属酞菁纳米线146的直径在约50nm和约150nm之间，例如，在约50nm和约100nm之间、在约100nm和约150nm之间，或在约70nm和约120nm之间。
在各个实施例的上下文中，多个金属酞菁纳米线146的每个金属酞菁纳米线146的长度在约50nm(0.05μm)和约20μm之间，例如，在约50nm和约10μm之间、在约50nm和约5μm之间、在约50nm和约1μm之间、在约1μm和约20μm之间、在约1μm和约10μm之间，或在约10μm和约20μm之间。
图1F示出了根据各个实施例的气体传感器150的示意性透视图。所述气体传感器150包含膜154和至少一个电极158，所述膜154包含多个金属酞菁纳米线156，所述电极158与多个金属酞菁纳米线156电耦合。
换言之，提供了气体传感器150，其具有膜154，该膜154具有包括在膜154中的多个金属酞菁纳米线156。这意味着所述气体传感器150是纳米线气体传感器。多个金属酞菁纳米线156包括金属酞菁或由金属酞菁组成。多个金属酞菁纳米线156可以形成金属酞菁纳米线网络。所述膜154包括多个金属酞菁纳米线156的金属酞菁。在各个实施例中，多个金属酞菁纳米线156可以是如多个金属酞菁纳米线146的上下文中所描述的金属酞菁纳米线。
所述气体传感器150还包括电耦合到多个金属酞菁纳米线156的至少一个电极158。所述至少一个电极158可以用作多个金属酞菁纳米线156的电触头。所述至少一个电极158设置在多个金属酞菁纳米线156的下面。所述至少一个电极158可以与膜154电耦合。
在各个实施例中，多个金属酞菁纳米线156可以用作气体感测元件。这意味着多个金属酞菁纳米线156可以用于感测气体。作为非限制性实例，多个金属酞菁纳米线156或每个金属酞菁纳米线156的至少一个参数(例如电导率或电阻率)可以改变响应于与多个金属酞菁纳米线156相互作用的气体。所述气体可以与多个金属酞菁纳米线156接触。例如，所述气体的分子可以吸附在多个金属酞菁纳米线156里面或上面。
所述气体传感器150包括基底152(如虚线框所示，不是以相对于膜154的比例表示)，膜154在所述基底上形成。多个金属酞菁纳米线156可以形成或布置在基底152上。
在各个实施例中，可以将所述膜154旋涂在基底152上，这表示旋涂膜。
在各个实施例的上下文中，所述基底152包括聚合物基底或塑料基底或玻璃基底。所述基底是柔性的，这意味着基底可以由柔性材料制成。
在各个实施例中，所述膜154的厚度在约20nm和约1000nm之间，例如，在约20nm和约500nm之间、在约20nm和约200nm之间、在约200nm和约1000nm之间、在约100nm和约500nm之间、或在约50nm和约500nm之间，例如约200nm。
在各个实施例中，多个金属酞菁纳米线156可彼此互相连接(或彼此缠绕)。
在各个实施例的上下文中，多个金属酞菁纳米线156的每个金属酞菁纳米线156的纵横比在约5和约100之间，例如，在约5和约50之间、在约5和约20之间、在约5和约10之间、在约20和约100之间、在约10和约50之间。
在各个实施例的上下文中，多个金属酞菁纳米线156的每个金属酞菁纳米线156的直径在约50nm和约150nm之间，例如，在约50nm和约100nm之间、在约100nm和约150nm之间，或在约70nm和约120nm之间。
在各个实施例的上下文中，多个金属酞菁纳米线156的每个金属酞菁纳米线156的长度在约50nm(0.05μm)和约20μm之间，例如，在约50nm和约10μm之间、在约50nm和约5μm之间、在约50nm和约1μm之间、在约1μm和约20μm之间、在约1μm和约10μm之间，或在约10μm和约20μm之间。
在各个实施例的上下文中，所述多个金属酞菁纳米线156包括铜酞菁(CuPc)(或由铜酞菁(CuPc)组成)。这意味着多个金属酞菁纳米线156的每个金属酞菁纳米线156包括铜酞菁(CuPc)(或由铜酞菁(CuPc)组成)。在各个实施例的上下文中，还可以使用其它金属(诸如镍(Ni)、铁(Fe)、锌(Zn)、镁(Mg)或钴(Co)中的至少一种)来形成多个金属酞菁纳米线156，例如每个金属酞菁纳米线156包括镍酞菁、铁酞菁、锌酞菁、镁酞菁或钴酞菁(或由镍酞菁、铁酞菁、锌酞菁、镁酞菁或钴酞菁组成)。
在各个实施例中，至少一个电极158包含金属。所述至少一个电极包含钛(Ti)或金(Au)中的至少一种。
在各个实施例中，气体传感器150还包括显示器。所述显示器可以是触摸显示器或触摸屏显示器，这意味着所述显示器(或屏幕)可以响应于用户的触摸。
在各个实施例中，气体传感器150还可以包括音频输出构件(例如，用于输出警报)。例如，当气体传感器150感测到的预定气体的量超过预定阈值水平时，可以提供警报或激活警报。
在各个实施例中，气体传感器150还可以包括电源(例如电池，诸如锂电池)。所述电源可以是可充电电源。
在各个实施例中，气体传感器150可以是便携式气体传感器。
在各个实施例中，气体传感器150可以是卡片大小的气体传感器。这意味着气体传感器150可以以卡片(例如信用卡)的形式或大小来配置或布置。
在各个实施例的上下文中，气体传感器150可以是电阻式传感器。所述多个金属酞菁纳米线156或每个金属酞菁纳米线156的电阻率被调制为响应于多个金属酞菁纳米线156与气体的相互作用，所述气体传感器150暴露于该气体中并且对该气体敏感。
在各个实施例的上下文中，气体传感器150可用于感测(或检测)气体，该气体包括但不限于甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、氧气(O2)、二氧化氮(NO2)、硫化氢(H2S)和氨气(NH3)和挥发性有机化合物(VOC)(包括但不限于异丁烯)。
各个实施例还提供具有膜和至少一个电极的设备，所述膜包含多个金属酞菁纳米线，所述电极与多个金属酞菁纳米线电耦合。所述设备的元件或组件可以是如在气体传感器150的上下文中所描述的元件或组件。
在各个实施例的上下文中，术语“纳米线”是指，例如，在纵向上延伸的纳米结构，其具有至少一个纳米级的尺寸，并且可以与术语“纳米棒”、“纳米柱(nanopillar)”、“纳米柱(nanocolumn)”、“纳米管”等互换使用。
虽然将上述方法阐明和描述为一系列步骤或事件，但是应当理解的是，这些步骤或事件的任何顺序都不应被解释为限制性的意思。例如，除了本文所阐明和/或描述的那些之外，一些步骤可以以不同的顺序和/或与其它步骤或事件同时发生。另外，实现本文所描述的一个或多个方面或实施例可以不需要所有阐明的步骤。此外，本文描述的一个或多个步骤可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中进行。
存在几种目标气体(CH4、CO、O2、H2S，其气体传感器市场份额>80％)或NH3和其它有毒有害物质、挥发性有机化合物(VOC)，如可能是关键目标的异丁烯。根据各个实施例的微型传感器可以基于作为感测元件的纳米线。合成的氧化铟(In2O3)纳米线202的扫描电子显微镜(SEM)图像200如图2所示。也可以合成氧化锡(SnO2)纳米线，其看起来类似于In2O3纳米线202。控制生长条件以获得具有明显均匀结构的纳米线(例如In2O3纳米线202)。其直径在约50-150nm的范围内，并且长度在几十微米的范围内。形态、结构和结晶相可通过一系列详细分析(本文未显示)来表征。
纳米线的掺杂在感测性能中起重要作用。例如，与在室温下运转的、用于一氧化碳(CO)感测的未掺杂的In2O3纳米线场效应晶体管(NW-FET)相比，铜-氧化铟(Cu-In2O3)纳米线(NW)显示出具有改善的响应和恢复时间的增强的传感器响应。
在金属氧化物NW中的掺杂可以导致，例如氧空位、金属间隙、表面缺陷等缺陷。这些缺陷在室温下通过增强吸附可以作为气体分子的优先吸附位点，因此可以在气体(如CO气体)的检测中起重要作用。气体分子的增强吸附可以改变电导率，从而改变氧化物半导体带隙中费米能级的位置。测试气体分子暴露后，肖特基势垒高度(SBH)的调制同样有助于纳米传感器的电气响应。例如，暴露后，SBH变化越高，传感器响应越快。
在各个实施例中，铜掺杂的氧化铟(Cu掺杂的In2O3)纳米线通过以下方法合成：
(I).将氧化铟(In2O3)和氧化铜(CuO)粉末以10:1的摩尔比充分混合。该摩尔比可以在3:1至20:1之间变化。
(II).将所述In2O3/CuO粉末以1:1的摩尔比与炭黑混合。所述炭黑的摩尔比可以高于50％，并且可以没有上限。
(III).将所得粉末(重量约1g)装载到小石英管(直径约15mm，长度约30mm)的密封端。
(IV).将采用金(Au)催化剂(所述金催化剂层的厚度约为5nm)涂覆的硅(Si)基底切割成10mm×15mm大小，并装载到所述小石英管的开口端。
(V).将所述小石英管放置在水平管式炉中。
(VI).将所述管式炉密封并抽真空至约0.01毫巴的基准压力。
(VII).将高纯度氩(Ar)气体以约50sccm的流量(对应于约0.57毫巴的压力)引入。
(VIII).将所述管式炉的中心温度以约15℃/min的升温速度从室温(约25℃)升高至约875℃。所述中心温度设定在约700-1000℃的范围内。
(IX).将所述温度在约875℃下保持约60分钟，然后自然冷却至室温。所述生长时间可以在10-300min内变化。
(X).在生长期间，将所述Si基底放置在约400-500℃的温度区域中。
(XI).在生长之后，可以在Si基底上收集纳米线产品。
图3A示出了直径约30nm的Cu-In2O3纳米线302的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像300。图3B示出了具有约0.412nm点阵间距的Cu-In2O3纳米线的相应的HRTEM图像320，图3C示出了沿着<211>晶带轴记录的相应的选定区域电子衍射(SAED)图案340，如图3B的方向箭头322所示。图3C中4-40、2-22、-440、22-2的数值指示是指布拉维(Bravais)晶格中的晶体学晶格面的米勒指数。图3D示出了Cu-In2O3纳米线的电子背散射衍射(EDS)图案360。
所述纳米线可以配置在具有纳米线网络或单个纳米线晶体管的设备中，该纳米线网络基于电阻调制，单个纳米线晶体管基于晶体管配置(例如，如图4A所示)。作为非限制性实例，可以在所选择的设备的源电极-漏电极之间放置一滴纳米线(NW)悬浮液(约2μl)，并且可以横穿所述电极施加交流(AC)电场。通过在所述源电极-漏电极之间施加约6V和约400KHz频率的优化AC电压产生的分散场可以与NW中引起的有限偶极矩相互作用。这导致净向下的力，其促使所述NW在两个电极之间对准。干燥后，可以使用NW-FET的SEM图像来识别电极上的NW的位置。
图4A示出了阐明示例性单个纳米线气体传感器400的设备结构的示意图。可以在基底(例如，涂覆有绝缘二氧化硅(SiO2)层405的硅(Si)晶片404)的顶部上放置纳米线(例如，如上文所述的Cu掺杂的In2O3纳米线)402(通常具有约100nm的直径和几十微米的长度)。金属电极406、407(例如，钛/金；Ti/Au)可以沉积在纳米线402上作为接触体(contacts)。例如，电极406、407中的其中一个可以配置成源电极，而另一个可以配置成漏电极。例如，所述纳米线设备400可以是单个铜-氧化铟纳米线场效应晶体管(Cu-In2O3NW-FET)。
当纳米线设备400暴露于特定气体(例如一氧化碳(CO)408)中时，与所述纳米线表面接触的气体分子408可以与纳米线402交换电子，即进行化学反应(例如将CO 408氧化成CO2 410)，因此设备400中的电流电平可以改变。因此，某些气体的存在可以通过电流差异反映在外部的监控系统上。
图4B示出具有单个纳米线421的单个纳米线设备的SEM图像420，单个纳米线421具有探头422、424、426、428的4-探头设置，其作为所提供设备的另外的示例。如图4B所示，所述探头422和相邻探头424之间的间距约为2.709μm，而探头422和探头426之间的间距约为6.330μm。
图5A至5D示出了在室温下运转的传感器(例如，基于图4A的纳米线设备400的单个Cu-In2O3NW-FET)的各种气体测试曲线560、570、580、590。更具体地，图5A示出了，当暴露于5ppm CO气体不同周期时，单个Cu-In2O3NW-FET的Id-时间曲线图560，其中参数Id表示NW-FET的漏极电流。图5B示出了，当暴露于5ppm CO气体中时，相同设备/传感器的传感器响应与时间的曲线图570，而图5C示出了阐明从图5B的曲线图570中摘取的单个周期的曲线图580，其显示约20秒的响应时间(从气体开启时开始)和约50秒的恢复时间(从气体关闭时开始)。图5D示出了，当暴露于5ppm CO气体中时，未掺杂的In2O3NW-FET的传感器响应与时间的曲线图590，与从Cu-In2O3NW-FET获得的结果(图5B)相比，其结果显示出较低的传感器响应。
灵敏度是传感器可以检测到的气体浓度的下限。需要高灵敏度来监测有害气体的含量并提醒用户。但是，由于大部分技术的固有限制，现有的气体传感器无法检测低至几ppm的气体浓度。例如，CO气体的检测限高达30ppm(TGS2442，Figaro工程公司，日本)。市售的CO传感器响应时间和复位时间的典型响应行为分别为约200秒和约600秒。相比之下，根据各个实施例的基于纳米线的CO气体传感器分别显示出响应时间/复位时间为大约20秒/50秒的明显更快的响应行为。
各个实施例的In2O3纳米线网络设备可用于两端传感器检测甲烷(CH4)气体，如图6的曲线图660所示，作为电阻式传感器，其表现出明显快速的响应时间和复位时间。
潜在的机制是纳米线网络设备的电导可以由所述纳米线-纳米线界面确定。所述纳米线表面上的本征耗尽层(intrinsic depletion layer)在网络中构成肖特基势垒状导电屏障。当暴露于气体时，所述屏障可以被迅速调节，从而引发快速的响应行为。所述机制易于在其它纳米线网络气体传感器中实现快速响应。
测试条件和获得的结果如表I所示。
表I
参数 结果
CH4含量： 2.5vol％
流量： 5sccm
温度： 25℃
响应时间： 47s
复位时间： 0.8s
传感器响应： 14.3
CH4浓度约为2.5vol％。测试在约25℃的室温下进行，并且不需要加热。所述In2O3纳米线响应CH4气体的响应时间约为47秒、复位时间约为0.8秒。工业测试通常使用燃烧丝(铂(Pt)丝)在高温下催化燃烧CH4，从而实现有效的检测。使用各个实施例的设备/传感器的测试可以在室温下空气中进行。也就是说，在引入CH4气体之前，所述传感器可以暴露在空气中。由于CH4在室温下相当惰性，所以电流变化可能是由于氧环境的变化引起的而不是与CH4的任何反应引起的。
在各个实施例中，调节灵敏度和选择性的方法包括掺杂纳米线、表面功能化、将纳米线和纳米粒子装饰合金化到纳米线或核-壳纳米结构上。
各个实施例提供了聚合物纳米线网络，例如酞菁(例如铜酞菁；CuPc)、聚吡咯和聚苯胺，其也可用于建立气体感测性能。
代替使用复合蒸发装置或气相沉积工艺形成CuPc，其需要高达500℃或更高的高温，可以在各个实施例中使用如下文所述的示例性旋涂方法：
(i)将铜酞菁(CuPc)粉末溶解在氯苯和三氟乙酸中，得到约0.5wt％的溶液。
(ii)在约400rpm的搅拌速度下，将所述溶液搅拌过夜。所述搅拌速度可以在100-2000rpm内变化。
(iii)将所得到的绿蓝色溶液以约2500rpm的速度旋涂到图案化的金(Au)电极上约30秒。
(iv)将所述电极在约100℃下加热约10min，然后在约140℃下加热约60min。所述加热温度可以在约50-200℃的范围内变化，所述加热时间应为10min及以上。
(v)热处理后，可获得CuPc纳米线设备。该方法不需要任何高温步骤，并且可以用于塑料或柔性基底。
图7A示出了在玻璃基底上的CuPc的高倍率下的SEM图像700，其描绘了CuPc(铜酞菁)的聚合物纳米线网络。将0.5wt％的CuPc沉积在所述玻璃基底上，并以约2500rpm的速度进行旋涂，随后在约140℃下退火约2小时。
图7B示出了当经受约2.5ppm(约5cc/min)的NO2时，厚膜(～700nm)CuPc气体传感器的二氧化氮(NO2)感测的灵敏度与时间的关系曲线图760。所述传感器(设备)可以用2wt％的CuPc溶液并且未退火而制成。如图7B所示，所述纳米线膜的稳定性在2.5ppm的较高NO2浓度的5个测试周期中是好的，其中可以观察到灵敏度的变化很小或者甚至下降。对于不同的NO2浓度，所述设备的响应时间和恢复时间为约120s，与现有设备的10min至50min的结果相比，所述设备的响应时间和恢复时间更快。
与所述厚膜CuPc设备相比，200nm的薄膜设备可以表现出更高的灵敏度。但是，可以观察到随着NO2气体浓度的增加，电导率的变化不会明显提高，如图8A至8C的灵敏度与时间的曲线图860、870、880所示，使用约200nm的薄CuPc气体传感器设备用于NO2感测。所述薄CuPc气体传感器设备可以用0.5wt％的CuPc溶液并且未退火而制成。更具体地，图8A示出了，当经受约0.833ppm(约1cc/min)的NO2时，薄膜(～200nm)CuPc气体传感器的灵敏度与时间的曲线图860；而图8B示出了，当经受约1.875ppm(约3cc/min)的NO2时，相同的传感器的灵敏度与时间的曲线图870；图8C示出了，当经受约2.5ppm(约5cc/min)的NO2时，相同传感器的灵敏度与时间的曲线图880。
约5秒时，所述薄膜设备的响应时间和恢复时间明显快于厚膜设备的响应时间和恢复时间。这是由于在所述设备的薄膜上发现了更多数量的缺陷，其中所述薄膜可能会较少的浓缩(例如与所述厚膜设备相比)。因此，与具有更好的电导率的较厚的膜相比，任何电荷载体的加入可以有助于电导率的更大变化。
基于关键感测组件的成功制造和测试，所述组件可以与其它功能组件集成到便携式传感器卡中。图9A示出了根据各个实施例的便携式传感器卡(例如，纳米线气体传感器卡)902的示意性前视图，并且图9B示出了图9A的便携式传感器卡902的分解侧视图。如图9B所示，所述便携式传感器卡902的功能组件包括电源(例如薄的可充电锂离子电池)922、控制电路924和发光二极管(LED)显示器(例如触摸屏显示器904)。如图9A所示，所述便携式传感器卡902还包括开关906、用户界面908、报警蜂鸣器910和进气口912。所述功能组件(纳米线传感器除外)的制造可以基于相应行业内的现有技术容易实现。
虽然已经参考具体实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解的是，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此，本发明的范围由所附权利要求书表示，并且因此旨在包含落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变。

Claims (86)

1.一种形成包括铜基掺杂剂的氧化铟纳米线的方法，所述方法包括：
提供铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料；和
进行热蒸发处理使所述铟基前体材料和铜基掺杂剂前体材料蒸发，以在基底上形成包括铜基掺杂剂的氧化铟纳米线。
2.根据权利要求1所述的方法，其中以在约3:1和约20:1之间的摩尔比提供所述铟基前体材料和所述铜基掺杂剂前体材料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述热蒸发处理在约700℃和约1000℃之间的温度下进行。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述热蒸发处理在约10分钟和约300分钟之间的持续时间下进行。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括在所述热蒸发处理期间将所述基底维持在约400℃和约500℃之间的温度下。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述热蒸发处理在至少基本上真空的环境中进行。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述热蒸发处理在约0.01毫巴和约5毫巴之间的压力下进行。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，还包括将所述铟基前体材料与所述铜基掺杂剂前体材料混合。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括将碳基材料与所述铟基前体材料和所述铜基掺杂剂前体材料的混合物混合。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，还包括在所述热蒸发处理期间引入惰性气体。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述惰性气体以在约1sccm和约1000sccm之间的流量引入。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述铟基前体材料包括氧化铟、三氯化铟、硝酸铟、醋酸铟、硫化铟、硫酸铟或氢氧化铟中的至少一种。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述铟基前体材料包括氧化铟粉末。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中所述铜基掺杂剂前体材料包括氧化铜、氧化亚铜、二价氧化铜、氯化铜、氯氧化铜、氯化亚铜、硝酸铜、环烷酸铜、醋酸铜或硫酸铜中的至少一种。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中所述铜基掺杂剂前体材料包括氧化铜粉末。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，还包括用金属涂覆所述基底。
17.一种包括铜基掺杂剂的氧化铟纳米线。
18.根据权利要求17所述的氧化铟纳米线，其中所述铜基掺杂剂是铜掺杂剂原子。
19.根据权利要求17或18所述的氧化铟纳米线，其中所述氧化铟纳米线的直径在约50nm和约300nm之间。
20.根据权利要求17-19中任一项所述的氧化铟纳米线，其中所述氧化铟纳米线的长度在约0.5μm和约10μm之间。
21.一种气体传感器，包括：
至少一个包括铜基掺杂剂的氧化铟纳米线；和
电耦合到所述至少一个氧化铟纳米线的至少一个电极。
22.根据权利要求21所述的气体传感器，还包括基底，其中所述至少一个氧化铟纳米线布置在所述基底上。
23.根据权利要求21或22所述的气体传感器，其中所述气体传感器包括单个氧化铟纳米线，所述单个氧化铟纳米线包括所述铜基掺杂剂。
24.根据权利要求21或22所述的气体传感器，其中所述气体传感器包括多个氧化铟纳米线，所述多个氧化铟纳米线中的每个氧化铟纳米线包括所述铜基掺杂剂。
25.根据权利要求24所述的气体传感器，其中所述多个氧化铟纳米线彼此间隔开。
26.根据权利要求24所述的气体传感器，其中所述多个氧化铟纳米线的相邻的氧化铟纳米线彼此接触。
27.根据权利要求24-26中任一项所述的气体传感器，其中所述多个氧化铟纳米线至少基本上彼此平行。
28.根据权利要求21-27中任一项所述的气体传感器，包括电耦合到所述至少一个氧化铟纳米线的两个电极，其中所述两个电极彼此间隔布置。
29.根据权利要求21-28中任一项所述的气体传感器，其中所述至少一个电极包括金属。
30.根据权利要求21-29中任一项所述的气体传感器，其中所述至少一个电极包括钛或金中的至少一种。
31.根据权利要求21-30中任一项所述的气体传感器，还包括显示器。
32.根据权利要求21-31中任一项所述的气体传感器，还包括音频输出构件。
33.根据权利要求21-32中任一项所述的气体传感器，还包括电源。
34.根据权利要求21-33中任一项所述的气体传感器，其中所述气体传感器是便携式气体传感器。
35.根据权利要求21-34中任一项所述的气体传感器，其中所述气体传感器是卡片大小的气体传感器。
36.一种形成包括金属酞菁的多个纳米线的方法，所述方法包括：
提供包括金属酞菁的溶液；
将所述溶液旋涂到基底上以在基底上形成包括金属酞菁的膜；和
控制在所述膜上进行的热处理以便从所述膜上形成多个纳米线，所述多个纳米线包括所述金属酞菁。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述溶液以在约100rpm和约5000rpm之间的速率旋涂到所述基底上。
38.根据权利要求36或37所述的方法，其中将所述溶液旋涂到所述基底上约5秒至约300秒的持续时间。
39.根据权利要求36-38中任一项所述的方法，其中控制在所述膜上进行的热处理包括在约50℃至约200℃的温度下进行热处理。
40.根据权利要求36-39中任一项所述的方法，其中控制在所述膜上进行的热处理包括进行至少10分钟持续时间的热处理。
41.根据权利要求36-40中任一项所述的方法，其中控制在所述膜上进行的热处理包括在约100℃的温度下进行约10分钟持续时间的热处理。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，随后在约140℃的温度下进一步进行约60分钟持续时间的热处理。
43.根据权利要求36-42中任一项所述的方法，还包括搅拌所述溶液。
44.根据权利要求43所述的方法，其中在约100rpm和约2000rpm之间的速率下搅拌所述溶液。
45.根据权利要求36-44中任一项所述的方法，其中提供包括金属酞菁的溶液，包括将包含所述金属酞菁的前体材料溶解在至少一种溶剂中。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述至少一种溶剂包括氯苯和三氟乙酸。
47.根据权利要求36-46中任一项所述的方法，其中所述溶液中的所述金属酞菁的浓度在约0.01wt％和约20wt％之间。
48.根据权利要求36-47中任一项所述的方法，还包括在将所述溶液旋涂到所述基底上之前，在所述基底上形成至少一个电极。
49.根据权利要求48所述的方法，其中在所述基底上形成至少一个电极，包括：
在所述基底上形成金属层；和
将所述金属层图案化以形成至少一个电极。
50.根据权利要求48或49所述的方法，其中控制在所述膜上进行的热处理包括加热所述至少一个电极。
51.根据权利要求36-50中任一项所述的方法，其中所述多个纳米线包含在所述膜中。
52.根据权利要求36-51中任一项所述的方法，其中所述膜的厚度在约50nm和约1000nm之间。
53.根据权利要求36-52中任一项所述的方法，其中所述基底包括聚合物基底或塑料基底或玻璃基底。
54.根据权利要求36-53中任一项所述的方法，其中所述基底是柔性的。
55.根据权利要求36-54中任一项所述的方法，其中所述金属酞菁包括铜酞菁、镍酞菁、铁酞菁、锌酞菁、镁酞菁或钴酞菁。
56.根据权利要求36-55中任一项所述的方法，其中所述金属酞菁包括铜酞菁。
57.一种纳米线装置，包括：
基底；和
在基底上的膜，所述膜包括多个金属酞菁纳米线。
58.根据权利要求57所述的纳米线装置，其中所述多个金属酞菁纳米线彼此互相连接。
59.根据权利要求57或58所述的纳米线装置，其中所述膜的厚度在约50nm和约1000nm之间。
60.根据权利要求57-59中任一项所述的纳米线装置，其中将所述膜旋涂在所述基底上。
61.根据权利要求57-60中任一项所述的纳米线装置，其中所述基底包括聚合物基底或塑料基底或玻璃基底。
62.根据权利要求57-61中任一项所述的纳米线装置，其中所述基底是柔性的。
63.根据权利要求57-62中任一项所述的纳米线装置，其中所述多个金属酞菁纳米线包括铜酞菁、镍酞菁、铁酞菁、锌酞菁、镁酞菁或钴酞菁。
64.根据权利要求57-63中任一项所述的纳米线装置，其中所述多个金属酞菁纳米线包括铜酞菁。
65.根据权利要求57-64中任一项所述的纳米线装置，其中所述多个金属酞菁纳米线的每个金属酞菁纳米线的纵横比在约5和约100之间。
66.根据权利要求57-65中任一项所述的纳米线装置，其中所述多个金属酞菁纳米线的每个金属酞菁纳米线的直径在约50nm和约150nm之间。
67.根据权利要求57-66中任一项所述的纳米线装置，其中所述多个金属酞菁纳米线的每个金属酞菁纳米线的长度在约0.05μm和约20μm之间。
68.一种气体传感器，包括：
包括多个金属酞菁纳米线的膜；和
电耦合到所述多个金属酞菁纳米线的至少一个电极。
69.根据权利要求68所述的气体传感器，其中所述多个金属酞菁纳米线彼此互相连接。
70.根据权利要求68或69所述的气体传感器，其中所述膜的厚度在约20nm和约1000nm之间。
71.根据权利要求68-70中任一项所述的气体传感器，其中所述多个金属酞菁纳米线的每个金属酞菁纳米线的纵横比在约5和约100之间。
72.根据权利要求68-71中任一项所述的气体传感器，其中所述多个金属酞菁纳米线的各金属酞菁纳米线的直径在约50nm和约150nm之间。
73.根据权利要求68-72中任一项所述的气体传感器，其中所述多个金属酞菁纳米线的每个金属酞菁纳米线的长度在约0.05μm和约20μm之间。
74.根据权利要求68-73中任一项所述的气体传感器，还包括基底，所述膜形成在所述基底上。
75.根据权利要求74所述的气体传感器，其中所述膜旋涂在所述基底上。
76.根据权利要求74或75所述的气体传感器，其中所述基底包括聚合物基底或塑料基底或玻璃基底。
77.根据权利要求74-76中任一项所述的气体传感器，其中所述基底是柔性的。
78.根据权利要求68-77中任一项所述的气体传感器，其中所述多个金属酞菁纳米线包括铜酞菁、镍酞菁、铁酞菁、锌酞菁、镁酞菁或钴酞菁。
79.根据权利要求68-78中任一项所述的气体传感器，其中所述多个金属酞菁纳米线包括铜酞菁。
80.根据权利要求68-79中任一项所述的气体传感器，其中所述至少一个电极包括金属。
81.根据权利要求68-80中任一项所述的气体传感器，其中所述至少一个电极包括钛或金中的至少一种。
82.根据权利要求68-81中任一项所述的气体传感器，还包括显示器。
83.根据权利要求68-82中任一项所述的气体传感器，还包括音频输出构件。
84.根据权利要求68-83中任一项所述的气体传感器，还包括电源。
85.根据权利要求68-84中任一项所述的气体传感器，其中所述气体传感器是便携式气体传感器。
86.根据权利要求68-85中任一项所述的气体传感器，其中所述气体传感器是卡片大小的气体传感器。
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