CN116626112A - 一种检测氢气的碳基传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氢气传感器技术领域，具体涉及一种检测氢气的碳基传感器，包括Si/SiO2衬底，在Si/SiO2衬底上依次设有CuO纳米薄膜层、Pd‑SWNTs薄膜层和修饰SnO2层；所述检测氢气的碳基传感器是以Si/SiO2为衬底，利用磁控溅射设备衬底表面溅射CuO纳米薄膜，通过转印法将Pd‑SWNTs薄膜与CuO纳米薄膜覆盖的衬底复合，并利用滴涂的方法在Pd‑SWNTs薄膜表面修饰SnO2制备。本发明制备得到一种新颖的检测氢气的碳基传感器，提供了一套全新的制作方法，该种碳基传感器具有机械强度高、表面均匀连续等优点，本发明中的研究思路为设计、制备高灵敏度的新型碳纳米管气体传感器提供了数据和理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及氢气传感器技术领域，具体涉及一种检测氢气的碳基传感器。
背景技术
随着全球经济和城镇化建设的高速发展，人们对能源的需求量日益增加，致使枯竭的石化资源难以满足人类发展的需要，因此清洁能源的开发和利用成为了当务之急；氢气作为一种理想的清洁能源气体，用途广泛，可用作高能燃料焊接或切割金属；利用其还原性在冶金工业中提炼贵金属；化工生产中氢气可作为重要的化工原料；然而，氢气是一种无色无味气体，人体感觉器官无法发现，且易燃易爆，遇火种时在空气中的爆炸极限范围广、下限低；出于安全考虑，在氢气的应用场所，必须严格监控其泄漏情况；因此，为了确保氢气在这些领域可以安全的使用，制备出灵敏度高、测量准确、响应快、稳定性好的传感器用来探测氢气浓度具有重要的作用；电化学型氢气传感器安全可靠、测量准确、响应快和功耗低等优点被广泛应用到氢气的检测中。
碳在自然界中分布广泛，储量丰富，由于碳元素具有独特的杂化轨道和电子结构，因此在自然界中存在着许多结构丰富的新型碳材料，如非晶碳、碳纳米管、石墨烯和富勒烯等。这些新型碳材料在气体探测中的应用正越来越受到人们的重视；半导体型气体传感器的核心是气敏材料，气敏材料的敏感响应性、重现性，决定着气体传感器的工作性能。碳材料的许多构型，如碳纳米管和石墨烯等，化学性质稳定，具有在室温下对气体敏感等优点，这些新型碳材料在气体探测中的应用正越来越受到人们的重视。
人们对纯碳纳米管的气敏性能开展了大量的研究，取得了很大的进展。但是研究表明，尽管纯碳纳米管对少数气体表现出较好的敏感性能，但却无法检测氢气、二氧化碳、氰化物等与人类生产和生活关系比较密切的气体。另外，一般的纯碳纳米管气体传感器的选择性较差，恢复时间也过长，如果不借助加热、紫外线照射等其他方法，恢复时间往往达到数小时，甚至十几小时。而且，纯碳纳米管气体传感器的灵敏度还有待提高。
碳薄膜材料的制备方法对其性能具有重要的影响。非晶碳薄膜的制备方法主要有：激光脉冲沉积、化学气相沉积、磁控溅射沉积等。这些方法各有优缺点。其中，磁控溅射方法是在电子、光学等领域应用十分广泛的薄膜制备方法，相比激光脉冲沉积、化学气相沉积等方法，磁控溅射方法工艺相对简单，制备成本低廉，容易实现各种掺杂，适于规模化生产。
基于氢气的易燃易爆性能，研发高精度、高灵敏性、过稳定性的气体传感器对氢气的监控具有重要意义。基于此，本申请提供了一种检测氢气的碳基传感器。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测氢气的碳基传感器，具有机械强度高、表面均匀连续等优点，能够有效提高碳基传感器对低浓度氢气的灵敏度，响应时间也有效降低。
一种检测氢气的碳基传感器，包括Si/SiO2衬底，在Si/SiO2衬底上依次设有CuO纳米薄膜层、Pd-SWNTs薄膜层和修饰SnO2层；所述检测氢气的碳基传感器是以Si/SiO2为衬底，利用磁控溅射设备衬底表面溅射CuO纳米薄膜，通过转印法将Pd-SWNTs薄膜与CuO纳米薄膜覆盖的衬底复合，并利用滴涂的方法在Pd-SWNTs薄膜表面修饰SnO2制备。
进一步地，所述Si/SiO2衬底制备方法包括：用丙酮、酒精和去离子水清洗硅片表面，利用N2吹干。
进一步地，所述所述硅片为n型的带有自然氧化层的硅片；所述硅片电阻率为2-4Ω。
进一步地，所述Pd-SWNTs薄膜层原料包括还原硝酸处理过的羧基化SWNTs和PdCl2溶液。
进一步地，所述还原硝酸处理步骤包括：将碳纳米管置入1-2M的硝酸中，在140-150℃条件下回流20-22h。
进一步地，所述CuO纳米薄膜层制备方法包括：将Si/SiO2衬底放入JCP-350磁控溅射镀膜机里；用氩气清洗整个板面，磁控溅射后即在衬底表面溅射一层CuO纳米薄膜层。
进一步地，所述磁控溅射镀膜机中通入气体体积比为O2:Ar＝15:2，流速为30-32sccm；磁控溅射时间为25-35分钟。
进一步地，所述Pd-SWNTs薄膜层的制备方法包括：将还原硝酸处理后的碳纳米管与PdCl2溶液混合，在还原剂的作用下得到Pd-SWNTs溶液，将所述Pd-SWNTs溶液在混合纤维素滤纸上进行抽滤，随即在混合纤维素滤纸上形成Pd-SWNTs薄膜。
进一步地，所述还原剂为硼氢化钠。
进一步地，所述转印法包括：将所述CuO纳米薄膜覆盖的衬底利用丙酮、酒精和去离子水清洗，然后用氮气吹干，将附着有Pd-SWNTs薄膜层的滤纸放置于CuO纳米薄膜覆盖的衬底上，利用重为2-3Kg的砝码压在滤纸上，在80-100℃条件下进行干燥。
进一步地，所述滴涂的方法包括：取20-40μL浓度为0.002-0.005％的SnO2水胶体进行滴涂，在55-66℃的真空干燥箱中烘干40-50min，随即在250-280℃的条件下煅烧2-3h。
本发明的有益效果在于：
机械强度能够影响传感器的性能，本发明中所提供的碳基传感器机械强度高，电极催化层具有良好的导电性，反复将该碳基传感器，上下弯曲后，催化层不脱落，也不开裂。本发明制备得到一种新颖的检测氢气的碳基传感器，提供了一套全新的制作方法，该种碳基传感器具有机械强度高、表面均匀连续等优点。
本发明中在衬底上依次设有CuO纳米薄膜层、Pd-SWNTs薄膜层，在CuO表面上附着钯作为催化剂，配合碳纳米管，有效提高其灵敏度和选择性，可以改善CuO的气敏性能，另外，钯修饰在SWNTs上时，可以从SWNTs表面吸引电子，该种配合方式能够有效提高碳基传感器对低浓度氢气的灵敏度，响应时间也有效降低。
本发明中利用滴涂方法在Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片表面修饰SnO2，结合整体的层状薄膜材料的复合，才可以呈现出如此之高的氢气灵敏度，有很大的一种可能性是由于MWNTs一般呈现出p型半导体性质，而SnO2呈现出n型半导体性质，而MWNTs和SnO2之间呈现pn结效应。本发明中的研究思路为设计、制备高灵敏度的新型碳纳米管气体传感器提供了数据和理论依据。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种检测氢气的碳基传感器，包括Si/SiO2衬底，在Si/SiO2衬底上依次设有CuO纳米薄膜层、Pd-SWNTs薄膜层和修饰SnO2层；所述检测氢气的碳基传感器是以Si/SiO2为衬底，利用磁控溅射设备衬底表面溅射CuO纳米薄膜，通过转印法将Pd-SWNTs薄膜与CuO纳米薄膜覆盖的衬底复合，并利用滴涂的方法在Pd-SWNTs薄膜表面修饰SnO2制备；
该种碳基传感器的制备方法包括：
(1)Si/SiO2衬底制备方法包括：用丙酮、酒精和去离子水清洗硅片表面，利用N2吹干；
所述硅片为n型的带有自然氧化层的硅片；所述硅片电阻率为3Ω；
(2)将Si/SiO2衬底放入JCP-350磁控溅射镀膜机里；用氩气清洗整个板面；以O2:Ar＝15:2的比例通入气体，流速为31sccm；通过磁控溅射30分钟在衬底表面溅射一层CuO纳米薄膜得到CuO/SiO2/Si；
(3)Pd-SWNTs薄膜层的制备：将碳纳米管置入1.5M的硝酸中，在145℃条件下回流21h；称取9mg SWNTs和17mg PdCl2加入22mL去离子水中超声37min，逐滴加入5mL 0.01M的硼氢化钠溶液，加入520mL去离子水，超声搅拌3.5h后得到Pd-SWNTs溶液；取15mL Pd-SWNTs溶液在混合纤维素滤纸上进行抽滤，随即在混合纤维素滤纸上形成Pd-SWNTs薄膜；
(4)Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si的制备：利用丙酮、酒精和去离子水清洗CuO/SiO2/Si得到洁净的表面，然后用氮气吹干，将附着有Pd-SWNTs薄膜的滤纸进行裁剪放置于CuO/SiO2/Si片上，利用重为2Kg的砝码压在滤纸上，在90℃条件下进行干燥，利用丙酮溶解混合纤维素滤纸最后得到Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片；
(5)取30μL浓度为0.003％的SnO2水胶体滴涂于步骤(4)中所得Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片上，在60℃的真空干燥箱中烘干45min，随即在265℃的条件下煅烧2.5h后得到SnO2/Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片状碳基传感器。
利用现有的气体敏感性特性的测量方式进行测量：采用的是静态注射器配气法，即把一定量氢气加到已知容积的容器中和空气混合均匀。根据所加入的目标气体和容器的容积，即可计算出所测目标气体的浓度。静态分析时，将不同浓度的气体注入容器，经过一定时间，用Keithley 2400SourceMeter测量其电流-电压(I-V)曲线。动态分析时，在传感器上加一固定电压，用Keithley 2400SourceMeter不间断地测量传感器在不同气体氛围中的电流值。温度保持在室温(24±1℃)，空气作为背景气体，其湿度约为50％，压强保持在一个大气压。
本实施例中研究在-1V的反向电压下传感器对氢气的动态相应特性，本实施例中所制备得到的传感器对0.02％、0.05％和0.1％的氢气灵敏度为452％、660％和1340％，响应时间分别为312s、306s和287s。随着氢气浓度的增加，灵敏度越大，响应时间越短。
实施例2
本实施例提供一种检测氢气的碳基传感器，包括Si/SiO2衬底，在Si/SiO2衬底上依次设有CuO纳米薄膜层、Pd-SWNTs薄膜层和修饰SnO2层；所述检测氢气的碳基传感器是以Si/SiO2为衬底，利用磁控溅射设备衬底表面溅射CuO纳米薄膜，通过转印法将Pd-SWNTs薄膜与CuO纳米薄膜覆盖的衬底复合，并利用滴涂的方法在Pd-SWNTs薄膜表面修饰SnO2制备；
该种碳基传感器的制备方法包括：
(1)Si/SiO2衬底制备方法包括：用丙酮、酒精和去离子水清洗硅片表面，利用N2吹干；
所述硅片为n型的带有自然氧化层的硅片；所述硅片电阻率为2Ω；
(2)将Si/SiO2衬底放入JCP-350磁控溅射镀膜机里；用氩气清洗整个板面；以O2:Ar＝15:2的比例通入气体，流速为30sccm；通过磁控溅射25分钟在衬底表面溅射一层CuO纳米薄膜得到CuO/SiO2/Si；
(3)Pd-SWNTs薄膜层的制备：将碳纳米管置入1M的硝酸中，在140℃条件下回流20h；称取8mg SWNTs和15mg PdCl2加入20mL去离子水中超声30min，逐滴加入5mL0.01M的硼氢化钠溶液，加入500mL去离子水，超声搅拌3h后得到Pd-SWNTs溶液；取10mL Pd-SWNTs溶液在混合纤维素滤纸上进行抽滤，随即在混合纤维素滤纸上形成Pd-SWNTs薄膜；
(4)Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si的制备：利用丙酮、酒精和去离子水清洗CuO/SiO2/Si得到洁净的表面，然后用氮气吹干，将附着有Pd-SWNTs薄膜的滤纸进行裁剪放置于CuO/SiO2/Si片上，利用重为2Kg的砝码压在滤纸上，在80℃条件下进行干燥，利用丙酮溶解混合纤维素滤纸最后得到Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片；
(5)取20μL浓度为0.002％的SnO2水胶体滴涂于步骤(4)中所得Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片上，在55℃的真空干燥箱中烘干40min，随即在250℃的条件下煅烧2h后得到SnO2/Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片状碳基传感器。
本实施例中研究在-1V的反向电压下传感器对氢气的动态相应特性，本实施例中所制备得到的传感器对0.02％、0.05％和0.1％的氢气灵敏度为450％、664％和1320％，响应时间分别为314s、308s和290s。
实施例3
本实施例提供一种检测氢气的碳基传感器，包括Si/SiO2衬底，在Si/SiO2衬底上依次设有CuO纳米薄膜层、Pd-SWNTs薄膜层和修饰SnO2层；所述检测氢气的碳基传感器是以Si/SiO2为衬底，利用磁控溅射设备衬底表面溅射CuO纳米薄膜，通过转印法将Pd-SWNTs薄膜与CuO纳米薄膜覆盖的衬底复合，并利用滴涂的方法在Pd-SWNTs薄膜表面修饰SnO2制备；
该种碳基传感器的制备方法包括：
(1)Si/SiO2衬底制备方法包括：用丙酮、酒精和去离子水清洗硅片表面，利用N2吹干；
所述硅片为n型的带有自然氧化层的硅片；所述硅片电阻率为4Ω；
(2)将Si/SiO2衬底放入JCP-350磁控溅射镀膜机里；用氩气清洗整个板面；以O2:Ar＝15:2的比例通入气体，流速为32sccm；通过磁控溅射35分钟在衬底表面溅射一层CuO纳米薄膜得到CuO/SiO2/Si；
(3)Pd-SWNTs薄膜层的制备：将碳纳米管置入2M的硝酸中，在150℃条件下回流22h；称取10mg SWNTs和20mg PdCl2加入25mL去离子水中超声45min，逐滴加入5mL0.01M的硼氢化钠溶液，加入550mL去离子水，超声搅拌4h后得到Pd-SWNTs溶液；取20mLPd-SWNTs溶液在混合纤维素滤纸上进行抽滤，随即在混合纤维素滤纸上形成Pd-SWNTs薄膜；
(4)Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si的制备：利用丙酮、酒精和去离子水清洗CuO/SiO2/Si得到洁净的表面，然后用氮气吹干，将附着有Pd-SWNTs薄膜的滤纸进行裁剪放置于CuO/SiO2/Si片上，利用重为3Kg的砝码压在滤纸上，在100℃条件下进行干燥，利用丙酮溶解混合纤维素滤纸最后得到Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片；
(5)取40μL浓度为0.005％的SnO2水胶体滴涂于步骤(4)中所得Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片上，在66℃的真空干燥箱中烘干50min，随即在280℃的条件下煅烧3h后得到SnO2/Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片状碳基传感器。
本实施例中研究在-1V的反向电压下传感器对氢气的动态相应特性，本实施例中所制备得到的传感器对0.02％、0.05％和0.1％的氢气灵敏度为454％、662％和1280％，响应时间分别为320s、311s和293s。
实施例4
本实施例提供一种检测氢气的碳基传感器，包括Si/SiO2衬底，在Si/SiO2衬底上依次设有CuO纳米薄膜层、Pd-SWNTs薄膜层和修饰SnO2层；所述检测氢气的碳基传感器是以Si/SiO2为衬底，利用磁控溅射设备衬底表面溅射CuO纳米薄膜，通过转印法将Pd-SWNTs薄膜与CuO纳米薄膜覆盖的衬底复合，并利用滴涂的方法在Pd-SWNTs薄膜表面修饰SnO2制备；
该种碳基传感器的制备方法包括：
(1)Si/SiO2衬底制备方法包括：用丙酮、酒精和去离子水清洗硅片表面，利用N2吹干；
所述硅片为n型的带有自然氧化层的硅片；所述硅片电阻率为2Ω；
(2)将Si/SiO2衬底放入JCP-350磁控溅射镀膜机里；用氩气清洗整个板面；以O2:Ar＝15:2的比例通入气体，流速为32sccm；通过磁控溅射35分钟在衬底表面溅射一层CuO纳米薄膜得到CuO/SiO2/Si；
(3)Pd-SWNTs薄膜层的制备：将碳纳米管置入1-2M的硝酸中，在140℃条件下回流22h；称取10mg SWNTs和20mg PdCl2加入25mL去离子水中超声45min，逐滴加入5mL 0.01M的硼氢化钠溶液，加入500mL去离子水，超声搅拌3h后得到Pd-SWNTs溶液；取20mL Pd-SWNTs溶液在混合纤维素滤纸上进行抽滤，随即在混合纤维素滤纸上形成Pd-SWNTs薄膜；
(4)Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si的制备：利用丙酮、酒精和去离子水清洗CuO/SiO2/Si得到洁净的表面，然后用氮气吹干，将附着有Pd-SWNTs薄膜的滤纸进行裁剪放置于CuO/SiO2/Si片上，利用重为2Kg的砝码压在滤纸上，在80℃条件下进行干燥，利用丙酮溶解混合纤维素滤纸最后得到Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片；
(5)取20-40μL浓度为0.002％的SnO2水胶体滴涂于步骤(4)中所得Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片上，在66℃的真空干燥箱中烘干50min，随即在250℃的条件下煅烧3h后得到SnO2/Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片状碳基传感器。
本实施例中研究在-1V的反向电压下传感器对氢气的动态相应特性，本实施例中所制备得到的传感器对0.02％、0.05％和0.1％的氢气灵敏度为443％、659％和1353％，响应时间分别为325s、313s和294s。
对比例1
本实施例中碳基传感器的制备方法包括：
(1)Si/SiO2衬底制备方法包括：用丙酮、酒精和去离子水清洗硅片表面，利用N2吹干；
所述硅片为n型的带有自然氧化层的硅片；所述硅片电阻率为3Ω；
(2)将Si/SiO2衬底放入JCP-350磁控溅射镀膜机里；用氩气清洗整个板面；以O2:Ar＝15:2的比例通入气体，流速为31sccm；通过磁控溅射30分钟在衬底表面溅射一层CuO纳米薄膜得到CuO/SiO2/Si；
(3)Pd-SWNTs薄膜层的制备：将碳纳米管置入1.5M的硝酸中，在145℃条件下回流21h；称取9mg SWNTs和17mg PdCl2加入22mL去离子水中超声37min，逐滴加入5mL 0.01M的硼氢化钠溶液，加入520mL去离子水，超声搅拌3.5h后得到Pd-SWNTs溶液；取15mL Pd-SWNTs溶液在混合纤维素滤纸上进行抽滤，随即在混合纤维素滤纸上形成Pd-SWNTs薄膜；
(4)Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si的制备：利用丙酮、酒精和去离子水清洗CuO/SiO2/Si得到洁净的表面，然后用氮气吹干，将附着有Pd-SWNTs薄膜的滤纸进行裁剪放置于CuO/SiO2/Si片上，利用重为2Kg的砝码压在滤纸上，在90℃条件下进行干燥，利用丙酮溶解混合纤维素滤纸最后得到
Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si。
本对比例中研究在-1V的反向电压下传感器对氢气的动态相应特性，本对比例中所制备得到的传感器对0.02％、0.05％和0.1％的氢气灵敏度为324％、348％和506％，响应时间分别为458s、426s和384s。
对比例2
本实施例中碳基传感器的制备方法包括：
(1)Si/SiO2衬底制备方法包括：用丙酮、酒精和去离子水清洗硅片表面，利用N2吹干；
所述硅片为n型的带有自然氧化层的硅片；所述硅片电阻率为3Ω；
(2)Pd-SWNTs薄膜层的制备：将碳纳米管置入1.5M的硝酸中，在145℃条件下回流21h；称取9mg SWNTs和17mg PdCl2加入22mL去离子水中超声37min，逐滴加入5mL 0.01M的硼氢化钠溶液，加入520mL去离子水，超声搅拌3.5h后得到Pd-SWNTs溶液；取15mL Pd-SWNTs溶液在混合纤维素滤纸上进行抽滤，随即在混合纤维素滤纸上形成Pd-SWNTs薄膜；
(3)Pd-SWNTs/SiO2/Si：利用丙酮、酒精和去离子水清洗SiO2/Si得到洁净的表面，然后用氮气吹干，将附着有Pd-SWNTs薄膜的滤纸进行裁剪放置于SiO2/Si片上，利用重为2Kg的砝码压在滤纸上，在90℃条件下进行干燥，利用丙酮溶解混合纤维素滤纸最后得到Pd-SWNTs/SiO2/Si片；
(4)取30μL浓度为0.003％的SnO2水胶体滴涂于步骤(3)中所得Pd-SWNTs/iO2/Si片上，在60℃的真空干燥箱中烘干45min，随即在265℃的条件下煅烧2.5h后得到SnO2/Pd-SWNTs/SiO2/Si片状碳基传感器。
本对比例中研究在-1V的反向电压下传感器对氢气的动态相应特性，本对比例中所制备得到的传感器对0.02％、0.05％和0.1％的氢气灵敏度为302％、336％和479％，响应时间分别为483s、457s和418s。
对比例3
本实施例中碳基传感器的制备方法包括：
(1)Si/SiO2衬底制备方法包括：用丙酮、酒精和去离子水清洗硅片表面，利用N2吹干；
所述硅片为n型的带有自然氧化层的硅片；所述硅片电阻率为3Ω；
(2)将Si/SiO2衬底放入JCP-350磁控溅射镀膜机里；用氩气清洗整个板面；以O2:Ar＝15:2的比例通入气体，流速为31sccm；通过磁控溅射30分钟在衬底表面溅射一层CuO纳米薄膜得到CuO/SiO2/Si；
(3)取30μL浓度为0.003％的SnO2水胶体滴涂于步骤(2)中所得CuO/SiO2/S片上，在60℃的真空干燥箱中烘干45min，随即在265℃的条件下煅烧2.5h后得到SnO2/CuO/SiO2/Si片状碳基传感器。
本对比例中研究在-1V的反向电压下传感器对氢气的动态相应特性，本对比例中所制备得到的传感器对0.02％、0.05％和0.1％的氢气灵敏度为244％、317％和352％，响应时间分别为479s、445s和367s。
对比例4
本实施例中碳基传感器的制备方法包括：
(1)Si/SiO2衬底制备方法包括：用丙酮、酒精和去离子水清洗硅片表面，利用N2吹干；
所述硅片为n型的带有自然氧化层的硅片；所述硅片电阻率为3Ω；
(2)Pd-SWNTs薄膜层的制备：将碳纳米管置入1.5M的硝酸中，在145℃条件下回流21h；称取9mg SWNTs和17mg PdCl2加入22mL去离子水中超声37min，逐滴加入5mL 0.01M的硼氢化钠溶液，加入520mL去离子水，超声搅拌3.5h后得到Pd-SWNTs溶液；取15mL Pd-SWNTs溶液在混合纤维素滤纸上进行抽滤，随即在混合纤维素滤纸上形成Pd-SWNTs薄膜；
(3)Pd-SWNTs/SiO2/Si：利用丙酮、酒精和去离子水清洗SiO2/Si得到洁净的表面，然后用氮气吹干，将附着有Pd-SWNTs薄膜的滤纸进行裁剪放置于SiO2/Si片上，利用重为2Kg的砝码压在滤纸上，在90℃条件下进行干燥，利用丙酮溶解混合纤维素滤纸最后得到Pd-SWNTs/SiO2/Si片状碳基传感器。
本对比例中研究在-1V的反向电压下传感器对氢气的动态相应特性，本对比例中所制备得到的传感器对0.02％、0.05％和0.1％的氢气灵敏度为114％、237％和275％，响应时间分别为502s、485s和436s。
对比例5
本实施例中碳基传感器的制备方法包括：
(1)Si/SiO2衬底制备方法包括：用丙酮、酒精和去离子水清洗硅片表面，利用N2吹干；
所述硅片为n型的带有自然氧化层的硅片；所述硅片电阻率为3Ω；
(2)将Si/SiO2衬底放入JCP-350磁控溅射镀膜机里；用氩气清洗整个板面；以O2:Ar＝15:2的比例通入气体，流速为31sccm；通过磁控溅射30分钟在衬底表面溅射一层CuO纳米薄膜得到CuO/SiO2/Si；
本对比例中研究在-1V的反向电压下传感器对氢气的动态相应特性，本对比例中所制备得到的传感器对0.02％、0.05％和0.1％的氢气灵敏度为45％、56％和70％，响应时间分别为432s、412s和407s。
对比例6
本实施例中碳基传感器的制备方法包括：
(1)Si/SiO2衬底制备方法包括：用丙酮、酒精和去离子水清洗硅片表面，利用N2吹干；
所述硅片为n型的带有自然氧化层的硅片；所述硅片电阻率为3Ω；
(2)取30μL浓度为0.003％的SnO2水胶体滴涂于Si/SiO2衬底上，在60℃的真空干燥箱中烘干45min，随即在265℃的条件下煅烧2.5h后得到SnO2/Pd-SWNTs/CuO/SiO2/Si片状碳基传感器。
本对比例中研究在-1V的反向电压下传感器对氢气的动态相应特性，本对比例中所制备得到的传感器对0.02％、0.05％和0.1％的氢气灵敏度为107％、158％和232％，响应时间分别为522s、479s和447s。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (10)
1.一种检测氢气的碳基传感器，其特征在于，包括Si/SiO2衬底，在Si/SiO2衬底上依次设有CuO纳米薄膜层、Pd-SWNTs薄膜层和修饰SnO2层；所述检测氢气的碳基传感器是以Si/SiO2为衬底，利用磁控溅射设备衬底表面溅射CuO纳米薄膜，通过转印法将Pd-SWNTs薄膜与CuO纳米薄膜覆盖的衬底复合，并利用滴涂的方法在Pd-SWNTs薄膜表面修饰SnO2制备。
2.根据权利要求1所述的一种检测氢气的碳基传感器，其特征在于，所述Si/SiO2衬底制备方法包括：用丙酮、酒精和去离子水清洗硅片表面，利用N2吹干。
3.根据权利要求2所述的一种检测氢气的碳基传感器，其特征在于，所述所述硅片为n型的带有自然氧化层的硅片；所述硅片电阻率为2-4Ω。
4.根据权利要求1所述的一种检测氢气的碳基传感器，其特征在于，所述Pd-SWNTs薄膜层原料包括还原硝酸处理过的羧基化SWNTs和PdCl2溶液。
5.根据权利要求4所述的一种检测氢气的碳基传感器，其特征在于，所述还原硝酸处理步骤包括：将碳纳米管置入1-2M的硝酸中，在140-150℃条件下回流20-22h。
6.根据权利要求1所述的一种检测氢气的碳基传感器，其特征在于，所述CuO纳米薄膜层制备方法包括：将Si/SiO2衬底放入JCP-350磁控溅射镀膜机里；用氩气清洗整个板面，磁控溅射后即在衬底表面溅射一层CuO纳米薄膜层。
7.根据权利要求6所述的一种检测氢气的碳基传感器，其特征在于，所述磁控溅射镀膜机中通入气体体积比为O2:Ar＝15:2，流速为30-32sccm；磁控溅射时间为25-35分钟。
8.根据权利要求1所述的一种检测氢气的碳基传感器，其特征在于，所述Pd-SWNTs薄膜层的制备方法包括：将还原硝酸处理后的碳纳米管与PdCl2溶液混合，在还原剂的作用下得到Pd-SWNTs溶液，将所述Pd-SWNTs溶液在混合纤维素滤纸上进行抽滤，随即在混合纤维素滤纸上形成Pd-SWNTs薄膜。
9.根据权利要求1所述的一种检测氢气的碳基传感器，其特征在于，所述转印法包括：将所述CuO纳米薄膜覆盖的衬底利用丙酮、酒精和去离子水清洗，然后用氮气吹干，将附着有Pd-SWNTs薄膜层的滤纸放置于CuO纳米薄膜覆盖的衬底上，利用重为2-3Kg的砝码压在滤纸上，在80-100℃条件下进行干燥。
10.根据权利要求1所述的一种检测氢气的碳基传感器，其特征在于，所述滴涂的方法包括：取20-40μL浓度为0.002-0.005％的SnO2水胶体进行滴涂，在55-66℃的真空干燥箱中烘干40-50min，随即在250-280℃的条件下煅烧2-3h。
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2023
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