本發(fā)明涉及一種新型氣體傳感器及其制造方法，尤其涉及氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器及其制備方法，屬于氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

納米材料具有比表面積大、電學(xué)性質(zhì)對表面吸附敏感等特點，將納米技術(shù)應(yīng)用于傳感領(lǐng)域，有望制備出響應(yīng)速度快、靈敏度高、選擇性好的傳感器件。半導(dǎo)體金屬氧化物，尤其是氧化錫基納米材料，由于其優(yōu)越的光學(xué)、電學(xué)和氣體傳感特性而受到了廣泛的關(guān)注。研究表明，摻雜能夠進(jìn)一步提高氧化錫基納米材料的氣體傳感性能。雖然氧化錫基氣體傳感器已經(jīng)取得了一定的成就，但是其靈敏度和選擇性仍需進(jìn)一步提高。減小粒子的尺寸和增加材料的比表面積是提高靈敏度和選擇性的關(guān)鍵所在。

2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的Geim和Novosolevo制備出單原子片層、具有蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的石墨烯。由于其典型的二維結(jié)構(gòu)，石墨烯具有超高的比表面積、電導(dǎo)率對表面吸附敏感等優(yōu)點。近期研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯可應(yīng)用于制備氣體傳感器并且對水蒸氣、一氧化碳、氨氣和二氧化氮氣體具有良好的響應(yīng)性。但是，石墨烯傳感器對一些危險性氣體的探測，如甲烷，至今尚未發(fā)現(xiàn)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種氣體探測效率高且制備工藝簡單的氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器及其制備方法。

本發(fā)明的氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器，自下而上依次有襯底、導(dǎo)電鍍膜層、氧化錫層、石墨烯層及氧化鐵量子點層，所述的氣體傳感器還設(shè)有第一電極和第二電極，第一電極設(shè)置在導(dǎo)電鍍膜層上，第二電極設(shè)置在石墨烯層上。

所述的導(dǎo)電鍍膜層可以為金屬、ITO、FTO、n型摻雜氧化鐵或p型摻雜氧化鐵。

所述的石墨烯層中的石墨烯通常為1-10層。

所述的氧化鐵量子點層可以為氧化鐵量子點薄膜，所述的氧化鐵量子點直徑為1nm-1μm。

所述的襯底可以為剛性襯底或柔性襯底。

所述的第一電極和第二電極均可為金、鈀、銀、鈦、鉻和鎳中的一種或幾種的復(fù)合電極。

制備上述的氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器的方法，包括如下步驟：

1)在潔凈的襯底上生長導(dǎo)電鍍膜層；

2)在導(dǎo)電鍍膜層上沉積氧化錫層，并在導(dǎo)電鍍膜層表面預(yù)留生長第一電極的面積；

3)將硼摻雜石墨烯轉(zhuǎn)移至氧化錫層上；

4)在石墨烯層上制作氧化鐵量子點層，并在石墨烯層表面預(yù)留生長第二電極的面積；

5)在導(dǎo)電鍍膜層上沉積第一電極，并在石墨烯層上沉積第二電極。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是：本發(fā)明的氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器，通過向石墨烯/氧化錫氣體傳感器中加入氧化鐵量子點薄膜層，可起到光摻雜作用，使得該氣體傳感器的探測效率在原基礎(chǔ)上提升10％左右，此外，與傳統(tǒng)氣體傳感器制造工藝相比，本發(fā)明的氣體傳感器的制備工藝簡單，成本較低，便于推廣。

附圖說明

圖1圖1為氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

參照圖1，本發(fā)明的氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器自下而上依次有襯底1、導(dǎo)電鍍膜層2、氧化錫層3、石墨烯層4及氧化鐵量子點層6，所述的氣體傳感器還設(shè)有第一電極5和第二電極7，第一電極5設(shè)置在導(dǎo)電鍍膜層2上，第二電極7設(shè)置在石墨烯層4上。

實施例1：

1)將聚酰亞胺柔性襯底在去離子水中清洗干凈并吹干；

2)在聚酰亞胺柔性襯底上利用磁控濺射沉積40納米厚的摻銦氧化錫；

3)在摻銦氧化錫層上利用物理氣相沉積技術(shù)沉積6微米厚的氧化錫層，并在ITO層上預(yù)留生長第一電極的面積；

4)將單層石墨烯轉(zhuǎn)移至氧化錫層上；

5)在石墨烯上旋涂氧化鐵量子點溶液，并在石墨烯上預(yù)留生長第二電極的面積；所述氧化鐵量子點直徑為1nm-1μm；

6)在石墨烯預(yù)留面積處以及ITO層上預(yù)留面積處涂覆銀漿并烘干；得到氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器。

氣體通入情況下在氧化鐵量子點和氧化錫層中產(chǎn)生的電子均向石墨烯中注入，而氧化錫層收集空穴，從而產(chǎn)生電勢差，由于氧化鐵量子點層的光摻雜作用可顯著提高氣體傳感器的探測效率。

實施例2：

1)將玻璃襯底在去離子水中清洗干凈并吹干；

2)在玻璃襯底上利用磁控濺射沉積200納米厚的摻氟氧化錫；

3)在摻氟氧化錫層上利用物理氣相沉積技術(shù)沉積8微米厚的氧化錫層，并在FTO層上預(yù)留生長第一電極的面積；

4)將三層石墨烯轉(zhuǎn)移至氧化錫層上；

5)在石墨烯上噴涂氧化鐵量子點溶液，并在石墨烯層上預(yù)留生長第二電極的面積；所述氧化鐵量子點直徑為1nm-1μm；

6)在石墨烯層預(yù)留面積處以及摻氟氧化錫層上預(yù)留面積處熱蒸發(fā)金電極；得到氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器。

實施例3：

1)將陶瓷襯底在去離子水中清洗干凈并吹干；

2)在陶瓷襯底上利用電子束蒸發(fā)沉積60納米厚的鎳金屬；

3)在鎳金屬層上利用化學(xué)水浴法沉積5微米厚的氧化錫層，并在鎳金屬層上預(yù)留生長第一電極的面積；

4)將10層石墨烯轉(zhuǎn)移至氧化錫層上；

5)在石墨烯上制備氧化鐵量子點薄膜，并在石墨烯層上預(yù)留生長第二電極的面積；

6)在石墨烯層預(yù)留面積處以及鎳金屬層上預(yù)留面積處絲網(wǎng)印刷銀電極；得到氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器。

實施例4：

1)將陶瓷襯底在去離子水中清洗干凈并烘干；

2)在陶瓷襯底上利用電子束蒸發(fā)沉積60納米厚的鎳金屬；

3)在鎳金屬層上利用化學(xué)水浴法沉積5微米厚的氧化錫層，并在鎳金屬層上預(yù)留生長第一電極的面積；

4)將10層石墨烯轉(zhuǎn)移至氧化錫層上；

5)在石墨烯上滴涂氧化鐵量子點溶液，并在石墨烯層上預(yù)留生長第二電極的面積；所述氧化鐵量子點直徑為1nm-1μm；

6)在石墨烯上預(yù)留面積處以及鎳金屬層上預(yù)留面積處絲網(wǎng)印刷銀電極；得到氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器。

實施例5：

1)將聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底在去離子水中清洗干凈并吹干；

2)在聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底上利用脈沖激光沉積100納米厚的摻鋁氧化鐵；

3)在摻鋁氧化鐵層上利用蒸汽壓沉積技術(shù)沉積10微米厚的氧化錫層，并在摻鋁氧化鐵上預(yù)留生長第一電極的面積；

4)將8層石墨烯轉(zhuǎn)移至氧化錫層上；

5)在石墨烯上旋涂氧化鐵量子點溶液，并在石墨烯層上預(yù)留生長第二電極的面積；所述氧化鐵量子點直徑為1nm-1μm；

6)在石墨烯層預(yù)留面積處以及摻鋁氧化鐵層預(yù)留面積處熱蒸發(fā)鈀、銀、鈦復(fù)合電極；得到氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器。

實施例6：

1)將碳化硅襯底在去離子水中清洗干凈并吹干；

2)在碳化硅襯底上利用金屬有機化學(xué)氣相沉積150納米厚的摻鋁氧化鐵；

3)在摻鋁氧化鐵層上利用蒸汽壓沉積技術(shù)沉積3微米厚的氧化錫層，并在摻鋁氧化鐵層上預(yù)留生長第一電極的面積；

4)將6層石墨烯轉(zhuǎn)移至氧化錫層上；

5)在石墨烯上制備氧化鐵量子點薄膜，并在石墨烯層上預(yù)留生長第二電極的面積；

6)在石墨烯層預(yù)留面積處以及摻鋁氧化鐵層預(yù)留面積處熱蒸發(fā)鉻、鎳復(fù)合電極；得到氧化鐵量子點增強的石墨烯/氧化錫氣體傳感器。