去離子水或有機溶劑(如乙醇、三氯甲烷等)中，濃度為l-8mg/mL ;
[0038]5)在柔性叉指電極器件上采用噴涂工藝制備所述半導體納米材料的三維結構敏感薄膜3，其中噴涂高度為5-15cm，噴涂速度為5-20uL/s，制得具有三維網絡結構敏感薄膜的柔性氣體傳感器元件。
[0039]實施例1:
[0040]實施例1為本
【發明內容】
的典型實例。
[0041]本實施例的基于三維網絡結構敏感薄膜的柔性氣體傳感器元件，如圖1所示，包括柔性襯底1，叉指電極層2，三維網絡結構敏感薄膜層3。其中，采用的柔性襯底I厚度為100?200um，透光率彡70?80%，柔性襯底采用的材料為聚對苯二甲酸類塑料(PET);叉指電極層2采用絡(Cr) /金(Au)，厚度依次為10nm/50nm ;或鈦(Ti) /金(Au)，厚度依次為10nm/50nm;三維網絡結構敏感薄膜層3為采用具有納米結構(線、纖維、棒、片等)的金屬氧化物半導體材料，采用噴涂方法沉積形成三維網絡結構敏感薄膜層。
[0042]本實施例的工藝流程為:
[0043]I)對柔性PET襯底層1，光刻曝光顯影出叉指電極圖形；正面旋涂光刻膠，3000rpm，60s ;前烘100。。，Imin ;曝光5s ;顯影;后烘100°C，lOmin，備用;曝光部分即為叉指電極；
[0044]2)采用電子束蒸鍍法在氧化硅絕緣層上依次蒸鍍鉻(Cr) /金(Au)或鈦(Ti) /金(Au)電極，鍍絡(Cr)/金(Au)或鈦(Ti)/金的厚度分別為10nm、50nm;
[0045]3)將上述得到的樣片放入丙酮溶液中，超聲剝離去除光刻膠；用酒精、去離子水依次清洗，氮氣吹干得到柔性叉指電極層2 ;
[0046]4)將具有所述納米結構的半導體敏感材料金屬氧化物均勻分散于去離子水中，濃度為 lmg/mL ；
[0047]5)在柔性叉指電極器件上采用噴涂工藝制備所述半導體納米材料的三維結構敏感薄膜，其中噴涂高度為5cm，噴涂速度為5uL/s，制得具有三維網絡結構敏感薄膜的柔性氣體傳感器元件。
[0048]實施例2:
[0049]實施例2為本
【發明內容】
的典型實例。
[0050]本實施例的基于三維網絡結構敏感薄膜的柔性氣體傳感器元件，如圖1所示，包括柔性襯底1，叉指電極層2，三維網絡結構敏感薄膜層3。其中，采用的柔性襯底I厚度為100?200um，透光率彡70?80 %，襯底采用的材料為聚酰亞胺(PI);叉指電極層2采用鉻(Cr) /金(Au)，厚度依次為30nm/100nm ;或鈦(Ti) /金(Au)，厚度依次為30nm/100nm ;三維網絡結構敏感薄膜層3為采用碳納米管，采用噴涂方法沉積形成三維網絡結構敏感薄膜層O
[0051]本實施例的工藝流程為:
[0052]I)對柔性襯底層1，光刻曝光顯影出叉指電極圖形；正面旋涂光刻膠，5000rpm，30s ;前烘120°C，3min ;曝光5s ;顯影;后烘120°C，15min，備用；曝光部分即為叉指電極；
[0053]2)采用電子束蒸鍍法在氧化硅絕緣層上依次蒸鍍鉻(Cr) /金(Au)或鈦(Ti) /金(Au)電極，鉻/鈦膜、金膜的厚度分別為30/100nm ；
[0054]3)將上述得到的樣片放入丙酮溶液中，超聲剝離去除光刻膠；用酒精、去離子水依次清洗，氮氣吹干得到柔性叉指電極器件；
[0055]4)將具有所述納米結構的碳納米管均勻分散于有機溶劑(如乙醇、三氯甲烷等)中，濃度為8mg/mL ；
[0056]5)在柔性叉指電極器件上采用噴涂工藝制備所述半導體納米材料的三維結構敏感薄膜，其中噴涂高度為15cm，噴涂速度為20uL/s，制得具有三維網絡結構敏感薄膜的柔性氣體傳感器元件。
[0057]實施例3:
[0058]本實施例與實施例1工藝工程相似，不同之處在于:采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為柔性襯底，步驟5)完成之后采用另一種所述半導體敏感材料(如具有上述納米結構的聚合物材料)，重復步驟5)采用相同的噴涂工藝制備具有三維結構敏感薄膜，從而形成雙層或多層的三維結構敏感薄膜，利用不同敏感材料的半導體特性形成同質結或異質結結構，增強氣體與敏感薄膜之間的電子輸運過程，有助于提高傳感器件的敏感特性。
[0059]實施例4:
[0060]本實施例與實施例2工藝工程相似，不同之處在于:采用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)作為柔性襯底，步驟5)完成之后采用另一種所述半導體敏感材料(如具有上述納米結構的聚合物材料)，重復步驟5)采用相同的噴涂工藝制備具有三維結構敏感薄膜，從而形成雙層或多層的三維結構敏感薄膜，利用不同敏感材料的半導體特性形成同質結或異質結結構，增強氣體與敏感薄膜之間的電子輸運過程，有助于提高傳感器件的敏感特性。
[0061]實施例5:
[0062]本實施例與實施例1工藝工程相似，不同之處在于:對于步驟4)，將兩種不同的所述半導體敏感材料(采用具有上述納米結構的金屬氧化物和聚合物材料)共同均勻分散于去離子水或有機溶劑中形成，然后采用步驟5)噴涂工藝制備具有三維結構的復合敏感薄膜，利用不同敏感材料的半導體特性形成同質結或異質結結構，增強氣體與敏感薄膜之間的電子輸運過程，有助于提高傳感器件的敏感特性。
[0063]實施例6:
[0064]本實施例與實施例2工藝工程相似，不同之處在于:對于步驟4)，將兩種不同的所述半導體敏感材料(采用具有上述納米結構的碳納米管和聚合物材料)共同均勻分散于去離子水或有機溶劑中形成，然后采用步驟5)噴涂工藝制備具有三維結構的復合敏感薄膜，利用不同敏感材料的半導體特性形成同質結或異質結結構，增強氣體與敏感薄膜之間的電子輸運過程，有助于提高傳感器件的敏感特性。
【主權項】
1.一種基于三維網絡結構敏感薄膜的柔性氣體傳感器，該傳感器包括:根據制備順序依次層疊的柔性襯底，叉指電極層，三維網絡結構敏感薄膜層；其特征在于，所述的柔性襯底厚度為100?200um，透光率彡70?80%，襯底采用聚對苯二甲酸類塑料(PET)、聚酰亞胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)以及聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)之中的任一種材料。
2.如權利要求1所述的柔性氣體傳感器，其特征在于，所述叉指電極層采用鉻(Cr)/金(Au)，厚度為:10?30nm/50?10nm ;或者鈦(Ti) /金(Au)，厚度為10?30nm/50?10nm0
3.如權利要求1所述的柔性氣體傳感器，其特征在于，所述的三維網絡結構敏感薄膜層采用具有納米結構的線、纖維、棒、片的半導體材料。(金屬氧化物、碳納米管、聚合物等)O
4.如權利要求3所述的柔性氣體傳感器，其特征在于，所述的三維網絡結構敏感薄膜層的半導體材料采用金屬氧化物、碳納米管或聚合物之一種。
5.一種制備如權利要求1所述基于三維網絡結構敏感薄膜的柔性氣體傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: `1)對柔性襯底層I光刻曝光顯影出叉指電極圖形；正面旋涂光刻膠，3000?5000rpm，`30 ?60s ;前烘 100 ?120°C，1 ?3min ;曝光 3 ?5s ;顯影；后烘 100 ?120°C，10 ?15min，備用；曝光部分即為叉指電極； `2)采用電子束蒸鍍法在氧化硅絕緣層上依次蒸鍍鉻(Cr)/金(Au)或鈦(Ti)/金(Au)電極，鍍絡(Cr) /金(Au)或鈦(Ti) /金的厚度分別為10?30nm、50?10nm ； `3)將上述得到的樣片放入丙酮溶液中，超聲剝離去除光刻膠；用酒精、去離子水依次清洗，氮氣吹干得到柔性叉指電極層2 ; ` 4)將具有所述納米結構的半導體敏感材料均勻分散于去離子水或有機溶劑中，濃度為`l_8mg/mL ； `5)在柔性叉指電極器件上采用噴涂工藝制備所述半導體納米材料的三維結構敏感薄膜3，其中噴涂高度為5-15cm，噴涂速度為5-20uL/s，制得具有三維網絡結構敏感薄膜的柔性氣體傳感器元件。
【專利摘要】本發明公開了一種基于三維網絡敏感薄膜的柔性氣體傳感器件及其制備方法，屬于敏感電子學和柔性電子學領域。該傳感器件包括：根據制備順序依次層疊的柔性襯底層，叉指電極層和三維網絡結構敏感薄膜層；制備方法主要包括柔性叉指電極器件制備，制備傳感器件所需膜層材料，采用氣噴成膜工藝制備三維網絡結構敏感薄膜器件。本發明的優點在于利用柔性襯底對三維網絡結構敏感薄膜的延伸性，進一步提高敏感薄膜對氣體的響應性能，同時工藝簡單，成本低，所制備的傳感器件可用于氣體檢測領域。
【IPC分類】G01N27-00
【公開號】CN104865293
【申請號】CN201510257321
【發明人】謝丹, 李嫻, 戴睿軒, 徐建龍, 滕長久, 李志鑫, 楊埔
【申請人】清華大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月19日