柔性氣敏傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種柔性傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體與人類的日常生活密切相關(guān)，對氣體的檢測是保護和改善生態(tài)居住環(huán)境不可或缺的手段，尤其在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的現(xiàn)代社會，人們生活便利的同時，更加注重環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的問題。因此，如何快速靈敏地監(jiān)測出各種給環(huán)境帶來危害的氣體(如no2、CO和h2s等)成為一項重要的任務(wù)。其中，氣敏傳感器作為把有毒氣體成分檢測出來并轉(zhuǎn)化成適當(dāng)電信號的器件，在工業(yè)生產(chǎn)、家庭安全、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮極其重要的作用。隨著氣敏傳感器的應(yīng)用越來越廣，對其使用范圍和性能要求也越來越高，因此新型氣敏傳感器的研究和開發(fā)勢在必行。
[0003]目前主要的氣敏傳感器是基于硅、陶瓷等材料的硬質(zhì)襯底，難以滿足目前氣敏傳感器在食品安全、醫(yī)療衛(wèi)生、柔性電子等領(lǐng)域的應(yīng)用，因此，開發(fā)制備柔性氣敏傳感器成為傳感器領(lǐng)域的趨勢之一。其中，中國專利申請(公開號:CN103258954A)公開了一種基于柔性襯底所研制的氣敏傳感器。該專利申請公開了在柔性襯底聚酰亞胺等高分子材料上用沉積的方法制備下電極，然后進行金屬氧化物等敏感材料的制備，后續(xù)在上面制備上電極。雖然該專利實現(xiàn)了在柔性襯底上氣敏傳感器的制備，但是在柔性氣敏傳感器制備過程中，仍然要經(jīng)過在襯底上進行光刻等半導(dǎo)體工藝，在制備過程中受到高溫或者化學(xué)腐蝕液體的影響，對柔性襯底或者器件本身造成損傷。而且，該專利所用材料仍然屬于傳統(tǒng)氣體敏感材料的氧化物，此類材料雖然能達(dá)到一定的靈敏度，但是其一般是在高溫下才能進行測試和恢復(fù)，因此，對柔性襯底使用壽命和測試精度影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述提到的現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種柔性氣敏傳感器，利用現(xiàn)代印刷電子技術(shù)與納米敏感材料相結(jié)合，在柔性襯底上制備具有良好靈敏度和選擇的柔性氣敏傳感器。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0006]一種柔性氣敏傳感器，包括依次疊層設(shè)置的襯底、第一電極、第一介電層、氣體敏感材料層、第二介電層以及第二電極；所述襯底為柔性襯底，所述氣體敏感材料為碳納米管材料或其功能化復(fù)合材料、石墨烯納米材料或其功能化復(fù)合材料。
[0007]優(yōu)選地，所述柔性襯底的材料為聚酰亞胺或聚醚亞胺。
[0008]優(yōu)選地，所述第一電極和第二電極的材料為Ag或Au。
[0009]優(yōu)選地，所述第一介電層和第二介電層的材料為硝基乙胺離子液體、四氟硼酸鹽離子液體、氯鋁酸鹽離子液體或聚酰亞胺。
[0010]本發(fā)明的另一方面是提供如上所述的柔性氣敏傳感器的制備方法，包括步驟:
[0011](a)、提供一柔性襯底并應(yīng)用印刷電子工藝在所述襯底上制備第一電極；
[0012](b)、應(yīng)用印刷電子工藝在所述第一電極上制備第一介電層；
[0013](c)、應(yīng)用印刷電子工藝在所述第一介電層上制備氣體敏感材料層；
[0014](d)、應(yīng)用印刷電子工藝在所述氣體敏感材料層上制備第二介電層；
[0015](e)、應(yīng)用印刷電子工藝在所述第二介電層上制備第二電極，獲得所述柔性氣敏傳感器。
[0016]優(yōu)選地，所述印刷電子工藝為氣流噴打印工藝、噴墨打印工藝或凹版印刷工藝。
[0017]優(yōu)選地，該方法好包括步驟:利用酸溶液或去離子水對所述柔性襯底進行清洗并用氮氣吹干。
[0018]優(yōu)選地，該方法還包括步驟:利用氧等離子工藝對所述柔性襯底進行處理，以增加所述柔性襯底與位于該柔性襯底上的材料層的結(jié)合力。
[0019]優(yōu)選地，該方法還包括制備氣體敏感材料納米墨水的步驟，首先，利用超聲、清洗、離心工藝步驟，對納米敏感原材料進行純化處理；然后根據(jù)所測氣體的特異選擇性，針對不同的氣體，選擇不同的納米粒子與納米敏感材料進行功能化處理
[0020]有益效果:
[0021]本發(fā)明利用現(xiàn)代印刷電子技術(shù)與納米敏感材料相結(jié)合，在柔性襯底上制備具有良好靈敏度和選擇的柔性氣敏傳感器。本發(fā)明由于采用了無掩模技術(shù)的現(xiàn)代印刷電子技術(shù)(如氣流噴技術(shù)、噴墨技術(shù)、凹版技術(shù)等)，可以實現(xiàn)電極在常溫條件下的制備，從而避免了常規(guī)半導(dǎo)體工藝中的高溫對襯底和器件的損傷；而且，本發(fā)明采用納米材料及其功能化復(fù)合材料作為氣體敏感材料，可以在常溫下進行氣體敏感測試，可以避免傳感器氧化物氣敏材料需要在高溫下測試的缺點；另外，該柔性氣敏傳感器結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、成本較低。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實施例提供的柔性氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明實施例提供的柔性氣敏傳感器的制備方法的示例性圖示。
【具體實施方式】
[0024]如前所述，為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種柔性氣敏傳感器，該傳感器包括依次疊層設(shè)置的襯底、第一電極、第一介電層、氣體敏感材料層、第二介電層以及第二電極；所述襯底為柔性襯底，所述氣體敏感材料為碳納米管材料或其其功能化復(fù)合材料、石墨烯納米材料或其功能化復(fù)合材料。其中，該氣敏傳感器是通過應(yīng)用印刷電子工藝在所述柔性襯底上依次制備第一電極、第一介電層、氣體敏感材料層、第二介電層以及第二電極獲得的。
[0025]如上所述的柔性氣敏傳感器，采用納米材料及其功能化復(fù)合材料作為氣體敏感材料，可以在常溫下進行氣體敏感測試，可以避免傳感器氧化物氣敏材料需要在高溫下測試的缺點；其制備工藝過程中，采用了無掩模技術(shù)的現(xiàn)代印刷電子技術(shù)(如氣流噴技術(shù)、噴墨技術(shù)、凹版技術(shù)等)，可以實現(xiàn)電極在常溫條件下的制備，從而避免了常規(guī)半導(dǎo)體工藝中的高溫對襯底和器件的損傷。
[0026]其中，氣體敏感材料層的兩側(cè)分別連接有第一介電層和第二介電層，可以較為容易的控制電容傳感器電容值的大小，進而可以調(diào)節(jié)不同的傳感器量程和靈敏度。
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點更加清楚明白，下面將結(jié)合附圖用實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0028]如圖1所示，本實施例提供的柔性氣敏傳感器包括依次疊層設(shè)置的柔性襯底1、下電極2、下介電層3、氣體敏感材料層6、上介電層5以及上電極4。
[0029]其中，柔性襯底1的材料為聚酰亞胺(Polyimide，PI)。在另外的一些實施例中，柔性襯底1的材料也可以選擇為聚醚亞胺(Polyetherimide, PEI)。
[0030]其中，下電極2和上電極4的材料為Ag。在另外的一些實施例中，下電極2和上電極4的材料也可以選擇為或Au。
[0031]其中，下介電層3和上介電層5的材料為聚酰亞胺。
[0032]其中，氣體