CN113552202A - 一种传感器及其制备方法与应用 - Google Patents

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CN113552202A CN202010338704.5A CN202010338704A CN113552202A CN 113552202 A CN113552202 A CN 113552202A CN 202010338704 A CN202010338704 A CN 202010338704A CN 113552202 A CN113552202 A CN 113552202A
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carbon nanotube
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CN202010338704.5A
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吴立冬
孟庆一
曹强
肖雨诗
黄蓉
刘娜
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Chinese Academy Of Fishery Science
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Abstract

本申请公开了一种传感器及其制备方法与应用，所述传感器包括绝缘衬底、氧化铪层、电极阵列及碳纳米管层，所述绝缘衬底、二氧化铪层、电极阵列依次叠加固定，所述电极阵列包括漏极和源极，所述碳纳米管层包括聚合物修饰的碳纳米管，所述聚合物的重复单元中含有吡啶基，所述碳纳米管层连接所述漏极和源极。通过增加一层二氧化铪使基于改性碳纳米管的场效应晶体管传感器的灵敏度提高了100倍以上，对铜离子的检测极限(LOD)低至200pmol L‑1。

Description

一种传感器及其制备方法与应用
技术领域
本申请涉及一种传感器及其制备方法与应用，属于检测技术领域。
背景技术
基于碳纳米管的场效应晶体管(碳纳米管场效应晶体管)是一类性能良好的传感器，在电化学检测领域有着广泛的应用。碳纳米管场效应晶体管通常包括衬底、电极和碳纳米管层，所述电极阵列包括漏极和源极，所述电极阵列固定在所述衬底上，所述碳纳米管层连接所述漏极和源极，当待测粒子聚集在所述碳纳米管层时，所述源极和漏极导通，通过测量源漏电流变化量即可确定待测粒子浓度。
碳纳米管场效应晶体管的选择性和低灵敏度都较低，限制了其应用。为了提高碳纳米管场效应晶体管的选择性，通常采用带有特殊基团的聚合物对碳纳米管进行修饰，但仍然无法解决碳纳米管场效应晶体管灵敏度低的问题。
发明内容
根据本申请的第一个方面，提供了一种传感器，通过增加一层二氧化铪使基于改性碳纳米管的场效应晶体管传感器的灵敏度提高了100倍以上，对铜离子的检测极限(LOD)低至200pmol L-1。
所述传感器包括绝缘衬底、二氧化铪层、电极阵列及碳纳米管层，所述绝缘衬底、二氧化铪层、电极阵列依次叠加固定，所述电极阵列包括漏极和源极，所述碳纳米管层包括聚合物修饰的碳纳米管，所述聚合物的重复单元中含有吡啶基，所述碳纳米管层连接所述漏极和源极。
本申请中，所述吡啶基是指吡啶失去一个或多个氢原子形成的基团。
可选地，所述二氧化铪层的厚度为3～15nm；
可选地，所述电极阵列为叉指电极；
优选地，所述叉指电极的厚度为20～150nm；
优选地，所述叉指电极的叉指宽度为2～10μm；
优选地，所述叉指电极的指间距为2～10μm；
优选地，所述叉指电极的电极对数量为25～50，其中，所述电极对包括一所述漏极和一所述源极。
进一步地，所述碳纳米管层还包括成膜物；
所述成膜物选自壳聚糖、奶粉、全氟磺酸离子交换膜(nafion膜)中的至少一种；
优选地，所述成膜物与所述聚合物修饰的碳纳米管的质量比为1：5～20。
在一具体实施例中，所述聚合物为聚(4-乙烯基吡啶)，能够与碳纳米管非共价结合并选择性地与铜离子结合；在其他实施例中可以根据使用需要选择其他重复单元中含有吡啶基的聚合物作为修饰剂。
可选地，所述碳纳米管可以为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管，优选单壁碳纳米管；
可选地，所述电极阵列为金材质的电极阵列；
可选地，所述绝缘衬底为Si/SiO2衬底；
优选地，所述聚(4-乙烯基吡啶)的分子量为160000～200000。
优选地，在检测铜离子时，所述传感器的灵敏度为12.49nAμmol-1，所述传感器检出限为200pmolL-1。
本申请的第二方面，提供了一种上述任一项所述的传感器的制备方法，至少包括以下步骤：
在绝缘衬底上制备二氧化铪层；
在所述二氧化铪层上制备电极阵列；
制备碳纳米管层，使所述碳纳米管层连接所述电极阵列的漏极和源极。
可选地，所述在绝缘衬底上生长二氧化铪层，包括：
通过原子层沉积法在所述绝缘衬底上制备二氧化铪层。
在一具体实施例中，所述绝缘衬底为Si/SiO2衬底，通过原子层沉积法在所述绝缘衬底的二氧化硅层表面制备二氧化铪层。
可选地，所述在所述二氧化铪层上制备电极阵列，包括：
在所述二氧化铪层上旋涂光刻胶；
通过光刻、显影将电极阵列图形转移到所述二氧化铪层上；
在所述二氧化铪层上沉积种子层；
在所述种子层上沉积电极阵列，去掉剩余的所述光刻胶。
其中，所述种子层优选钛层、铬层、镍层中的至少一种。
可选地，所述制备碳纳米管层，包括：
将含有聚合物、碳纳米管的混合液分散、离心，取上清液，得到聚合物改性碳纳米管分散液；
将所述聚合物改性碳纳米管分散液与成膜物溶液混合，滴加到所述电极阵列的漏极和源极所在部位，形成连接所述漏极和源极的碳纳米管层；
其中：
所述聚合物的重复单元中含有吡啶基；
可选地，所述聚合物与所述碳纳米管的质量比为5～15：1。
可选地，所述聚合物改性碳纳米管分散液的质量浓度为0.1～1.5％；
可选地，所述成膜物溶液的浓度为0.5～1.5mg/ml；
可选地，所述聚合物改性碳纳米管分散液与所述成膜物溶液的体积比为0.5～1.5：1。
可选地，所述混合液中的溶剂为乙醇、去离子水、二甲基甲酰胺(DMF)中的至少一种，优选乙醇；所述成膜物溶液中的溶剂为水，优选去离子水；所述混合液中碳纳米管和聚合物的质量比为1：5～15，所述混合液中碳纳米管的浓度为3～8mg/mL；
可选地，通过超声分散所述含有聚合物、碳纳米管的混合液，分散温度为0～25℃，分散时间为1～6小时；
根据本申请的第三个方面，提供了上述任一项所述的传感器、上述任一项所述的传感器的制备方法制备的传感器中的至少一种在检测铜离子中的应用。
本申请能产生的有益效果包括：
通过增加一层二氧化铪使基于改性碳纳米管的场效应晶体管传感器的灵敏度提高了100倍以上，对铜离子的检测极限(LOD)低至200pmol L-1。
该传感器是一种很有发展前景的离子选择传感器，有潜力成为在未来大规模生产的传感器。
附图说明
图1为实施例2提供的聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管/氧化铪-场效应晶体管传感器的制备方法及检测机理；
图2为不同放大倍数下实施例1提供的微叉指电极的扫描电镜图像；其中A为放大1K图像，B为放大15K图像；
图3为实施例1提供的微叉指电极的原子力显微镜图像；
图4为单壁碳纳米管、聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管复合材料的分散效果图及电镜图像；其中a为单壁碳纳米管的乙醇分散液图片，b为单壁碳纳米管的电镜图像，c为聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管复合材料的乙醇分散液图片，d为聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管复合材料的电镜图像；
图5为聚(4-乙烯基吡啶)、聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管的乙醇溶液紫外可见光谱；
图6为对比例提供器件的性能测试图；其中A为对比例1提供的微叉指电极及对比例2提供的传感器的循环伏安曲线，B为对比例1提供的电极、对比例2提供的传感器及对比例3提供的传感器的时间-电流曲线图，C为对比例1提供的电极、对比例2提供的传感器及对比例3提供的传感器的线性较准曲线；
图7为实施例2提供的传感器的性能测试图；其中，A为对比例1提供的微叉指电极及实施例2提供的传感器的循环伏安曲线，B为实施例2提供的传感器的时间-电流曲线，C为实施例2提供的传感器的相应的稳态电流与铜离子浓度的校准曲线；
图8为实施例2提供的传感器的电流-电压曲线；其中，A为源漏电流在不同栅压范围下的Ids-Vg曲线，B为不同扫描栅压下对应源漏电流曲线；
图9为实施例2提供的材料/器件表征图；其中，A为实施例2提供的传感器的扫描电镜图像，B为铜离子检测前实施例2提供的传感器的元素能谱图，C为铜离子检测后实施例2提供的传感器的元素能谱图，D为聚(4-乙烯基吡啶)、聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管和聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管-铜离子复合材料在场效应管上的ATR-FTIR光谱，图中单壁碳纳米管简称碳管；
图10为实施例2提供的传感器对不同金属种类响应的平均电流变化图(≥3)。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
其中，生长了300nm的二氧化硅层的硅片(电阻率1～10Ωcm，天津市半导体研究所)；
聚(4-乙烯基吡啶)(P4VP，Mw～160000)、壳聚糖、氯化铜(纯度>98％)和磷酸盐缓冲盐(PBS，10mM)均购买自美国Sigma Aldrich公司。
单壁碳纳米管(纯度>95％)是从XFNANO(中国南京)购得的。
所有其他化学品(分析级)均来自天津凯美尔化学试剂有限公司(中国天津)。
所用去离子水均为Milli-Q去离子水发生器(美国Millipore公司)制备。
通用测试方法：
通过德国Karl Suss公司的MA6紫外光刻机进行光刻；
通过德国Zeiss公司的Zeiss Supra-55扫描电子显微镜获得SEM图像；
通过美国bruker公司的Dimension Icon-PT system原子力显微镜获取AFM图像；
通过日本Jasco公司的FTIR-6300光谱仪获得衰减全反射(ATR)傅里叶红外(FTIR)光谱；
利用ATR-FTIR光谱对修饰电极表面的变化进行监测；
利用德国Analytik Jena公司的Specord 210plus光谱仪测试紫外-可见光谱(UV-Vis)；
循环伏安曲线(CVs)和电流-时间(I-t)曲线在上海辰华仪器有限公司提供的CHI660电化学工作站上完成测试；
电流-电压(IV)曲线由在美国安捷伦公司的安捷伦B1500a和美国Cascade公司的Cascade Summit 12000探针台上进行测试。
实施例测试所用铜离子溶液均由氯化铜溶于PBS中制得。
实施例1微叉指电极的制备
如图1所示，为了保证衬底的绝缘性，采用热氧法生长了300nm的二氧化硅层的硅片作为衬底。用去离子水冲洗衬底，氮气干燥后，用原子层沉积在二氧化硅表面生长了5nm的二氧化铪层，在二氧化铪层上旋涂光刻胶(NR1500，Shipley，USA)。通过光刻、显影将微叉指电极图形转移到二氧化铪层上。用电子束蒸发在二氧化铪上沉积10nm的钛作为种子层，在钛上沉积金电极。去除多余光刻胶后，得到微叉指电极，该微叉指电极的电极对数量为30对，指间距为5μm。
实施例2聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管/氧化铪-场效应晶体管传感器的制备
聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管分散液制备：
将5mg单壁碳纳米管和50mg聚(4-乙烯基吡啶)加入10ml乙醇中，混合得到混合液I。将得到的混合液I在0℃下超声分散1h，得到悬浊液。随后，将悬浊液在10000g下离心30min。所得上清液即为聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管分散液，该分散液中聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管的质量浓度为1％。
聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管/氧化铪-场效应晶体管传感器制备：
采用滴铸法制备了场效应晶体管传感器。首先，分别用去离子水和乙醇对微叉指电极表面进行超声清洗。然后，用氮气对其表面进行干燥。将1mg ml-1壳聚糖水溶液与上述聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管分散液(体积比1:1)混合，得到混合液II。最后，将6微升的混合液II滴在实施例1提供的微叉指电极的工作电极(漏极和源极)所在部位，室温下干燥1h，形成连接所述漏极和源极的碳纳米管层，得到聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管/氧化铪-场效应晶体管传感器。
对比例1微叉指电极的制备
采用热氧法生长了300nm的二氧化硅层的硅片(Si/SiO2)作为衬底。用去离子水冲洗衬底，氮气干燥后，在二氧化硅上旋涂光刻胶(NR1500，Shipley，USA)。通过光刻将微叉指电极图形转移到二氧化硅上。用电子束蒸发在二氧化硅上沉积10nm的钛作为种子层，在钛上沉积金电极。剥离多余光刻胶后，得到微叉指电极。
对比例2聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管-场效应晶体管传感器的制备
采用与实施例2相同的方法制备混合液II。将6微升的混合液II滴在对比例1制备的微叉指电极工作电极(漏极和源极)所在部位，室温下干燥1h，形成连接所述漏极和源极的碳纳米管层，得到聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管-场效应晶体管传感器。
对比例3单壁碳纳米管-场效应晶体管传感器的制备
单壁碳纳米管分散液制备：
将5mg单壁碳纳米管加入10ml乙醇中，混合得到混合液III。将得到的混合液III在0℃下超声分散1h，得到悬浊液。随后，10000g下离心30min。所得上清液即为单壁碳纳米管分散液。
单壁碳纳米管-场效应晶体管传感器制备：
采用滴铸法制备了场效应管传感器。首先，分别用去离子水和乙醇对对比例1提供的微叉指电极表面进行超声清洗。然后，用氮气对其表面进行干燥。将1mg ml-1壳聚糖水溶液与上述单壁碳纳米管分散液(体积比1:1)混合，得到混合液IV。最后，将6微升的混合液IV滴在对比例1提供的微叉指电极工作电极(漏极和源极)所在部位，室温下干燥1h，形成连接所述漏极和源极的碳纳米管层，得到单壁碳纳米管-场效应晶体管传感器。
实施例3对实施例1、实施例2所得物质/器件进行表征
实施例2所得传感器中单壁碳纳米管和聚(4-乙烯基吡啶)分别作为传感器的栅极通道材料和特异性选择模块，二氧化铪层起到信号增强作用。图2为实施例1制备的微叉指电极的扫描电镜图，图3为实施例1制备的微叉指电极的原子力显微镜图像，扫描电镜图中电极有清晰的叉指结构。如图3所示，微叉指电极的叉指宽度和厚度分别为5μm和75nm。实施例2所得传感器上聚(4-乙烯基吡啶)修饰的单壁碳纳米管在微叉指电极工作电极表面形成涂层。如图4所示，在没有聚(4-乙烯基吡啶)的情况下，单壁碳纳米管团簇在一起，导致快速形成沉淀。聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管复合材料均匀地分散在溶液中，在场效应晶体管表面可以得到单一分散的单壁碳纳米管。如图5显示，聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管的紫外-可见吸收光强在300～800nm段比聚(4-乙烯基吡啶)的高，这同样表明聚(4-乙烯基吡啶)已与单壁碳纳米管结合。
如图1所示，铜离子可以通过聚(4-乙烯基吡啶)的吡啶基特异性地结合，附着在单壁碳纳米管表面，这些被固定的铜离子提高了聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管-场效应晶体管传感器的电荷转移能力。因此，聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管-场效应晶体管传感器可以根据电流信号的变化来检测铜离子浓度。基于上述机理，聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管-场效应晶体管传感器可作为便携式铜离子检测器。
实施例4对各实施例、对比例提供的器件进行性能测试
于室温下，检测时参比电压设置为-0.1v，连续滴加铜离子溶液进行时间-电流曲线的测量，数据由CHI 660B电化学工作站测试完成。并通过检测不同栅极电压下的源漏电流(Ids)来研究器件的栅极控制效果，数据测试由自安捷伦B1500a和Cascade Summit 12000半自动探针台完成。
测量对比例1提供的微叉指电极及对比例2提供的传感器的循环伏安曲线，其结果分别如图6A中的a和b所示；随后向对比例2提供的传感器持续滴加0.2μmol L-1铜离子水溶液，并测试传感器的循环伏安曲线，结果如图6A中的c所示；
由图6A可知，聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管修饰所制成得场效应晶体管传感器的电流是对比例1提供的微叉指电极的4倍。结果表明，聚(4-乙烯基吡啶)-单壁碳纳米管复合材料显著提高了器件的导电性能。在0.2μmol L-1铜离子水溶液的连续滴加后图6Ac中可观察到一对氧化还原峰，表明，聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管-场效应晶体管传感器可以检测到铜离子。
根据安倍法，采用-0.1v作为工作电位，分别测试对比例1提供的电极、对比例2提供的传感器及对比例3提供的传感器的时间-电流曲线(如图6B所示)及线性较准曲线(如图6C所示)，测量时均通过调节铜离子用量使器件上的铜离子水溶液中的铜离子浓度从0.2μmol L-1增加至1μmol L-1。
图6B和C中，a代表对比例1提供的电极、b代表对比例3提供的传感器、c代表对比例2提供的传感器。如图6B和C所示，在铜离子浓度为0.2μmol L-1到1μmol L-1时，对比例1提供的电极、对比例3提供的传感器对铜离子没有响应，对比例2提供的传感器对铜离子有响应且呈线性，对比例2提供的传感器的校准曲线与铜离子浓度在0.2μmol L-1到1μmol L-1之间呈线性关系。传感器间相对标准差(RSD)为5.23％。对比例2提供的传感器的灵敏度为6.64nAμmol-1，其检出限为20nmol L-1。
采用相同的方法，测量对比例1提供的微叉指电极及实施例2提供的传感器的循环伏安曲线，其结果分别如图7A中的b和a所示；随后向实施例2提供的传感器持续滴加0.02μmol L-1铜离子水溶液，并测试传感器的循环伏安曲线，结果如图7A中的c所示；
根据安倍法，采用-0.1v作为工作电位，测试实施例2提供的传感器的时间-电流曲线(如图7B所示)及线性较准曲线(如图7C所示)，测量时均通过调节铜离子用量使器件上的铜离子水溶液中的铜离子浓度从0.02μmol L-1增加至0.68μmol L-1。
参照图6A和7A滴加铜离子后，实施例2提供的传感器的电流是对比例2提供的传感器的电流的五倍。此外，实施例2提供的传感器在0.02～0.68μmol L-1范围内与铜离子浓度呈线性关系，其线性范围远大于对比例1提供的传感器。在检测范围上突破了普通碳纳米管场效应传感器的瓶颈，使该传感器具有更广阔的应用前景。实施例2提供的传感器间RSD为1.78％，同样低于没有二氧化铪增强的传感器。这些结果表明，有二氧化铪增敏的传感器比对比例2提供的传感器性能更强。对比例2提供的传感器的灵敏度为12.49nAμmol-1，是对比例1提供的传感器(6.64nAμmol-1)的1.881倍。作为一种传感器，检出限是评价铜离子是否存在于待测水样中的重要参数之一。加入二氧化铪层后的传感器检出限为200pmol L-1，是对比例1提供的传感器的100倍。200pmol L-1(0.128μg L-1，0.128ppb)的检出限远低于世界卫生组织(WHO)给出的饮用水中铜离子的检测上限(2ppm)。此外，与其他研究相比，本工作中检出限(200pmol L-1)具有明显的优势。
为了研究聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管/氧化铪层对传感器性能的影响，用电流-电压曲线研究了该传感器的晶体管特性。当用不同栅压(Vg)(从-20.0到+20.0v(0.4v/步)、从-15.0到+15.0v、从-10.0到+10.0v、从-5.0到+5.0v和从-1.0到1.0v)，漏源电压(Vds)设置为1v时。如图8所示，源漏电流(Ids)的绝对值随栅极电压绝对值的增大而增大。电子密度的增加是由于压电效应和自发极化效应的增加。Ids-Vg图的斜率与栅极电容呈正相关，即栅极和聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管/氧化铪层之间的结构相关。表明聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管/氧化铪层对铜离子有灵敏响应。这种场效应晶体管传感器比以前报告的传感器性能更加优异，是未来监测铜离子的潜在“预警”工具。
此外，衰减全反射傅里叶红外光谱是评估聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管/氧化铪-场效应晶体管传感器和吸附铜离子后变化的一个有效方法。在图9中衰减全反射傅里叶红外光谱表明，在铜离子被吸附后，吡啶环的峰从1595cm-1到1600cm-1的C＝N能带增强，这个峰移说明铜离子与聚(4-乙烯基吡啶)的吡啶基结合。图9A、9B、9C为传感器及检测到铜离子后扫描电镜图像。从能谱图像来看，所有元素都清晰地展现在该传感器上。如图9所示，硅元素代表二氧化硅基底，金元素为叉指电极结构，氮和碳表示传感器上修饰的聚(4-乙烯基吡啶)和碳纳米管。铜是由聚(4-乙烯基吡啶)的吡啶基固定的铜离子。最后一个是检测到铜离子后传感器的全貌图，所有的元素都可以在图中找到。
传感器的选择性和重复性测试
为了验证此传感器的选择性，在相同条件下还获得了其它常见重金属(K+、As+、Na+、Cd2+、Hg2+、Mn2+)的电流信号曲线。图10为1μmol L-1时不同重金属之间电流信号的比较。铜离子的电学信号响应明显高于其他离子。该传感器具有良好的选择性，可以作为快速检测水中铜离子的可靠工具。
传感器的可重用性和稳定性是铜离子检测技术发展和实际应用中的重要参数。对该传感器的循环使用次数和保存稳定性同样进行了测试。结果表明，传感器可以用醋酸和去离子水清洗50多次。因此，单次测试的成本可以低至与纸基传感器相同的价格。将该传感器在室温密封存放6周后，其对0.2μmol L-1铜离子的电流响应仅下降5％。表明该传感器作为检测平台具有长期稳定性。
聚(4-乙烯基吡啶)/单壁碳纳米管/氧化铪场效应晶体管传感器的优异性能可以归结为以下几个方面：第一，碳纳米管的大表面积提供了更多结合的聚(4-乙烯基吡啶)分子，可以显著提高铜离子的结合位点；第二聚(4-乙烯基吡啶)上的吡啶基是铜离子的最佳配体之一；第三，二氧化铪层的引入不仅保证了碳纳米管的电子传输性能，而且在电路中起到了降低传感器阻抗的电容作用。这些因素共同作用形成了一个稳定、高灵敏度和高选择性的场效应晶体管传感器。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种传感器，其特征在于，所述传感器包括绝缘衬底、二氧化铪层、电极阵列及碳纳米管层，所述绝缘衬底、二氧化铪层、电极阵列依次叠加固定，所述电极阵列包括漏极和源极，所述碳纳米管层包括聚合物修饰的碳纳米管，所述聚合物的重复单元中含有吡啶基，所述碳纳米管层连接所述漏极和源极。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述二氧化铪层的厚度为3～15nm。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述电极阵列为叉指电极；
优选地，所述叉指电极的厚度为20～150nm；
优选地，所述叉指电极的叉指宽度为2～10μm；
优选地，所述叉指电极的指间距为2～10μm；
优选地，所述叉指电极的电极对数量为25～50，其中，所述电极对包括一所述漏极和一所述源极。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述碳纳米管层还包括成膜物；
所述成膜物选自壳聚糖、奶粉、全氟磺酸离子交换膜中的至少一种；
优选地，所述成膜物与所述聚合物修饰的碳纳米管的质量比为1：5～20。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述聚合物为聚(4-乙烯基吡啶)；
所述碳纳米管为单壁碳纳米管；
所述电极阵列为金材质的电极阵列；
所述绝缘衬底为Si/SiO2衬底；
优选地，所述聚(4-乙烯基吡啶)的分子量为160000～200000；
优选地，在检测铜离子时，所述传感器的灵敏度为12.49nAμmol-1，所述传感器检出限为200pmolL-1。
6.根据权利要求1～5任一项所述的传感器的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
在绝缘衬底上制备二氧化铪层；
在所述二氧化铪层上制备电极阵列；
制备碳纳米管层，使所述碳纳米管层连接所述电极阵列的漏极和源极。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述在绝缘衬底上生长二氧化铪层，包括：
通过原子层沉积法在所述绝缘衬底上制备二氧化铪层。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述在所述二氧化铪层上制备电极阵列，包括：
在所述二氧化铪层上旋涂光刻胶；
通过光刻、显影将电极阵列图形转移到所述二氧化铪层上；
在所述二氧化铪层上沉积种子层；
在所述种子层上沉积电极阵列，去掉剩余的所述光刻胶。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备碳纳米管层，包括：
将含有聚合物、碳纳米管的混合液分散、离心，取上清液，得到聚合物改性碳纳米管分散液；
将所述聚合物改性碳纳米管分散液与成膜物溶液混合，滴加到所述电极阵列的漏极和源极所在部位，形成连接所述漏极和源极的碳纳米管层；
其中：
所述聚合物的重复单元中含有吡啶基；
优选地，所述聚合物改性碳纳米管分散液的质量浓度为0.1～1.5％；
优选地，所述成膜物溶液的浓度为0.5～1.5mg/mL-1；
优选地，所述聚合物改性碳纳米管分散液与所述成膜物溶液的体积比为0.5～1.5：1。
10.权利要求1～5所述的传感器、权利要求6～9任一项所述的传感器的制备方法制备的传感器中的至少一种在检测铜离子中的应用。
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