米晶/石墨烯復合粉末均勻分散在有機溶劑中，得到混合液。具體 地，有機溶劑為丙酮。
[0031] (2)將步驟（1)得到的混合液涂覆在絕緣襯底上，使其均勻成膜。具體地，可在室 溫下以滴涂、旋涂、浸泡提拉、噴涂、打印等方式將混合液涂覆在絕緣襯底上成膜；絕緣襯底 為紙、塑料或陶瓷。
[0032] (3)重復執行步驟（2)，得到具有所需厚度的氣敏層，完成氣體傳感器的制備。
[0033] 具體地，膠態納米晶/石墨烯復合粉末為PbS膠態納米晶/石墨烯復合粉末和/ 或PbSe膠態納米晶/石墨稀復合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩爾比為1: (0. 5?12)。
[0034] 上述PbS膠態納米晶/石墨稀復合粉末和/或PbSe膠態納米晶/石墨稀復合粉 末按照如下方法制備：
[0035] (A1)將氧化石墨烯和含鉛化合物按比例配料，將配置好的原料與含硫元素和/或 硒元素的有機溶劑混合，得到混合液。具體地，含鉛化合物為醋酸鉛；含硫元素的有機溶劑 為二甲基亞砜（DMSO)和二甲基甲酰胺（DMF)的混合溶劑。
[0036] (A2)用溶劑熱法對步驟（A1)得到的混合液進行處理，將反應結束后的混合液進 行固液分離，取出下層固體沉淀物。
[0037] (A3)用有機溶劑清洗步驟（A2)得到的固體沉淀物，以去除殘余的反應物。具體 地，有機溶劑為丙酮和乙醇。
[0038] (A4)將清洗后的固體沉淀物干燥，得到硫化鉛膠態納米晶/石墨烯復合粉末和/ 或硒化鉛膠態納米晶/石墨烯復合粉末。
[0039] 實施例1
[0040] 取40mg氧化石墨烯（GO)和0? 106g醋酸鉛，將其分散在2. 5mlDMSO和27. 5ml DMF組成的混合溶劑中，超聲1小時使其分散均勻，得到混合液；將混合液移至50ml的反應 釜中，在180°C的高溫下反應12小時，將反應結束后的混合液倒出上層液體，取出下層固體 沉淀物；用丙酮和乙醇清洗固體沉淀物，以去除殘余的反應物，具體過程為：先后向固體沉 淀物中加入l〇ml丙酮和15ml乙醇，放入離心機以5000rpm的轉速旋轉離心3分鐘，然后倒 出上清液，留下沉淀物，第一次清洗過程結束，重復該過程三次完成清洗；將清洗后的固體 沉淀物放在空氣中自然干燥24小時，得到PbS膠態納米晶/還原氧化石墨烯（rGO)復合粉 末，其中，Pb原子和C原子的摩爾比為1:12。
[0041] 將復合粉末按濃度為50mg/ml分散在丙酮中，超聲30分鐘使其分散均勻，得到混 合液；以lOOOrpm的轉速將混合液旋涂在絕緣陶瓷襯底上，使其均勻成膜；重復旋涂3次， 使薄膜達到所需厚度，完成氣體傳感器的制備。
[0042] 實施例2
[0043] 取30mg氧化石墨烯和0. 675g醋酸鉛，將其分散在2. 5mlDMSO和27. 5mlDMF組成 的混合溶劑中，超聲1小時使其分散均勻，得到混合液；將混合液移至50ml的反應釜中，在 180°C的高溫下反應12小時，將反應結束后的混合液倒出上層液體，取出下層固體沉淀物； 用丙酮和乙醇清洗固體沉淀物，以去除殘余的反應物，具體過程為：先后向固體沉淀物中加 入10ml丙酮和15ml乙醇，放入離心機以5000rpm的轉速旋轉離心3分鐘，然后倒出上清液， 留下沉淀物，第一次清洗過程結束，重復該過程三次完成清洗；將清洗后的固體沉淀物放在 空氣中自然干燥24小時，得到PbS膠態納米晶/rGO復合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩 爾比為1:1. 4。
[0044] 將復合粉末按濃度為50mg/ml分散在丙酮中，超聲30分鐘使其分散均勾，得到混 合液；以lOOOrpm的轉速將混合液旋涂在絕緣陶瓷襯底上，使其均勻成膜；重復旋涂3次， 使薄膜達到所需厚度，完成氣體傳感器的制備。
[0045] 實施例3
[0046] 襯底為紙，其它實驗條件與實施例2相同。
[0047] 實施例4
[0048] 襯底為PET塑料，其它實驗條件與實施例2相同。
[0049] 實施例5
[0050] 取60mg氧化石墨烯和4. 05g醋酸鉛，將其分散在5mlDMS0和57. 5mlDMF組成 的混合溶劑中，超聲1小時使其分散均勻，得到混合液；將混合液移至80ml的反應釜中，在 180°C的高溫下反應12小時，將反應結束后的混合液倒出上層液體，取出下層固體沉淀物； 用丙酮和乙醇清洗固體沉淀物，以去除殘余的反應物，具體過程為：先后向固體沉淀物中加 入10ml丙酮和15ml乙醇，放入離心機以5000rpm的轉速旋轉離心3分鐘，然后倒出上清液， 留下沉淀物，第一次清洗過程結束，重復該過程三次完成清洗；將清洗后的固體沉淀物放在 空氣中自然干燥24小時，得到PbS膠態納米晶/rGO復合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩 爾比為1:0. 5。
[0051] 將復合粉末按濃度為50mg/ml分散在丙酮中，超聲30分鐘使其分散均勻，得到混 合液；以lOOOrpm的轉速將混合液旋涂在紙襯底上，使其均勻成膜；重復旋涂3次，使薄膜 達到所需厚度，完成氣體傳感器的制備。
[0052]實施例2和實施例4制得的氣體傳感器在室溫下對50ppm二氧化氮的響應曲線分 別如圖2和圖3所示。實施例1?5制得的氣體傳感器在室溫下對50ppm二氧化氮的各項 性能參數如下表所示。
【主權項】
1. 一種半導體氣體傳感器，其特征在于，包括絕緣襯底和氣敏層；所述氣敏層直接覆 蓋在所述絕緣襯底上，由膠態納米晶和導電材料構成；所述導電材料為石墨烯或導電聚合 物。
2. 如權利要求1所述的半導體氣體傳感器，其特征在于，所述氣敏層由膠態納米晶與 石墨烯復合而成；所述膠態納米晶為硫化鉛膠態納米晶和/或硒化鉛膠態納米晶，所述氣 敏層中Pb原子和C原子的摩爾比為1: (0. 5?12)。
3. 如權利要求1所述的半導體氣體傳感器，其特征在于，所述氣敏層由導電聚合物薄 膜和膠態納米晶薄膜依次堆疊而成；所述膠態納米晶薄膜為硫化物膠態納米晶薄膜或氧化 物膠態納米晶薄膜，所述膠態納米晶薄膜與所述導電聚合物薄膜的厚度之比為1: (〇. 5? 2)〇
4. 如權利要求1所述的半導體氣體傳感器，其特征在于，所述氣敏層由膠態納米晶與 導電聚合物復合而成；所述膠態納米晶為硫化物膠態納米晶或氧化物膠態納米晶，所述導 電聚合物與所述膠態納米晶的質量之比為1: (250?2500)。
5. -種半導體氣體傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 將膠態納米晶/石墨烯復合粉末均勻分散在有機溶劑中，得到混合液； (2) 將步驟（1)得到的混合液涂覆在絕緣襯底上，使其均勻成膜； (3) 重復執行步驟（2)，得到具有所需厚度的氣敏層，完成氣體傳感器的制備。
6. 如權利要求5所述的半導體氣體傳感器的制備方法，其特征在于，所述膠態納米晶/ 石墨烯復合粉末為硫化鉛膠態納米晶/石墨烯復合粉末和/或硒化鉛膠態納米晶/石墨烯 復合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩爾比為1: (0. 5?12)。
7. 如權利要求6所述的半導體氣體傳感器的制備方法，其特征在于，所述膠態納米晶/ 石墨烯復合粉末按照如下方法制備： (A1)將氧化石墨烯和含鉛化合物按比例配料，將配置好的原料與含硫元素和/或硒元 素的有機溶劑混合，得到混合液； (A2)用溶劑熱法對步驟（A1)得到的混合液進行處理，將反應結束后的混合液進行固 液分離，取出下層固體沉淀物； (A3)用有機溶劑清洗步驟（A2)得到的固體沉淀物，以去除殘余的反應物； (A4)將清洗后的固體沉淀物干燥，得到硫化鉛膠態納米晶/石墨烯復合粉末和/或硒 化鉛膠態納米晶/石墨烯復合粉末。
8. -種半導體氣體傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 將導電聚合物的溶液涂覆在絕緣襯底上，使其均勻成膜，待薄膜干燥； (2) 涂覆膠態納米晶溶液，使其均勻成膜； (3) 重復執行步驟（2)，得到具有所需厚度的膠態納米晶薄膜，完成氣體傳感器的制 備。
9. 如權利要求8所述的半導體氣體傳感器的制備方法，其特征在于，所述膠態納米晶 溶液為硫化物膠態納米晶溶液或氧化物膠態納米晶溶液，所述膠態納米晶薄膜與所述導電 聚合物薄膜的厚度之比為1: (〇. 5?2)。
10. -種半導體氣體傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1)將導電聚合物的溶液與膠態納米晶溶液均勻混合，得到混合液； (2) 將步驟（1)得到的混合液涂覆在絕緣襯底上，使其均勻成膜； (3) 重復執行步驟（2)，得到具有所需厚度的氣敏層，完成氣體傳感器的制備。
【專利摘要】本發明公開了一種無電極式半導體氣體傳感器及其制備方法。采用無電極式設計，利用靈敏度高、導電性能好的膠態納米晶復合材料制作氣敏層，將其于室溫下涂覆在絕緣襯底上形成器件，無需使用額外的信號電極，器件結構和工藝步驟簡單，且利于降低成本，適于批量生產，而且適于制作成柔性氣體傳感器。本發明的氣體傳感器具有輕、薄、短、小和便攜性好的特點，而且工作溫度低，具有良好的應用前景。
【IPC分類】G01N27-12
【公開號】CN104614413
【申請號】CN201510067819
【發明人】羅真, 劉歡, 徐宋曼, 羅家俊, 劉鐵峰, 李康華, 李敏, 唐江, 周印華
【申請人】華中科技大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月9日