一種基于Cu-DBC導電金屬有機框架薄膜的化學電阻型氣體傳感器及其應用制造技術

本發明專利技術公開了一種Cu

【技術實現步驟摘要】
一種基于Cu
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DBC導電金屬有機框架薄膜的化學電阻型氣體傳感器及其應用


[0001]本專利技術屬于氣體傳感領域，尤其涉及一種基于Cu
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DBC薄膜的化學電阻型氣體傳感器及其制備方法。

技術介紹

[0002]硫化氫(H2S)作為一種具有臭雞蛋氣味的劇毒氣體，在明火、高熱條件下易于發生爆炸，廣泛存在于工業生產和自然環境中。H2S主要損傷的是人體的神經系統，即使是低濃度的H2S，長期吸入也會對人體的眼睛、呼吸系統和中樞神經造成嚴重傷害，吸入高濃度的H2S甚至會對生命健康造成威脅。在天然氣、醫療診斷、環境監測等領域，檢測H2S濃度對保障在這些領域工作人員的生命健康十分重要。另一方面，H2S被認為是繼一氧化氮和一氧化碳之后的第3種重要氣體信號分子，可以作為一種呼出氣中的生物標志物來監測人體的健康狀況。及時掌握呼出氣中H2S氣體的濃度有助于及時發現疾病并采取有效措施。開發一種高靈敏度、高選擇性的H2S氣體傳感器對化學工業、環境的監測以及人體健康的監測是十分有意義的。
[0003]目前，H2S氣體傳感器根據應用的領域以及精度不同，衍生出了不同類型的傳感器，例如半導體金屬氧化物型傳感器、光學型傳感器以及生物型傳感器等。其中化學電阻型傳感器由于反應機理簡單、價格低廉、靈敏度高等優勢，成為目前研究的熱門。化學電阻型H2S傳感器的敏感材料具有多樣性，但是也會暴露出一些不足之處，例如基于金屬氧化物的傳感器通常需要較高的工作溫度，條件苛刻，限制了其應用范圍；對于有機碳基材料，往往表現出靈敏度不足、穩定性差等劣勢。亟需開發一種條件溫和、靈敏度高、選擇性優異的新型材料用于H2S傳感器。
[0004]具有Cu
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兒茶酚結構的導電金屬有機框架除了繼承傳統MOFs的多孔性和高比表面積外，最重要的是其具有良好的導電性和豐富的[CuO4]活性位點，有望用于H2S的化學電阻型檢測。將Cu
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DBC作為敏感材料，當其與H2S氣體分子相互作用時，其[CuO4]活性位點的氧化還原反應導致材料的電學信號發生變化，從而表現出良好的響應。但是使用傳統水/溶劑熱法合成c
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MOFs，再通過滴鑄等形式轉移到傳感器上的方法存在著一些缺點，例如薄膜的厚度無法控制，滴涂不均勻等，這些劣勢導致傳感器的再現性較差。

技術實現思路

[0005]為了解決上述問題，本專利技術提供了一種基于Cu
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DBC(8OH
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DBC＝2，3，6，7，10，11，14，15
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八羥基二苯并[g，p]屈)薄膜的H2S化學電阻型氣體傳感器及其制備方法，以提高氣體傳感器對H2S的響應性及選擇性。本專利技術利用層層自組裝的方法制備了Cu
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DBC導電金屬有機框架薄膜，合成的薄膜致密均勻且厚度可控，無需轉移可直接用于用于化學電阻型氣體傳感器，與傳統的滴鑄法相比較，具有操作簡單、重復性好、與基底結合性好等優點。本專利技術所公開的基于Cu
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DBC薄膜的化學電阻型氣體傳感器在室溫下對H2S具有非常好的響應以
及選擇性。
[0006]本專利技術通過以下技術方案實現：
[0007]本專利技術提供了一種Cu
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DBC薄膜的制備方法，包括以下步驟：
[0008]步驟1、將石英玻璃基底表面進行超聲清洗以及親水化修飾。
[0009]步驟2、將石英玻璃放入醋酸銅溶液與8OH
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DBC配體溶液中交替浸泡，得到Cu
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DBC導電金屬有機框架薄膜
[0010]優選地，在步驟2中，醋酸銅的濃度為0.1mmol/L，8OH
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DBC配體溶液的濃度為0.01mmol/L.
[0011]優選地，在步驟2中，在醋酸銅溶液中浸泡時間為20分鐘，在8OH
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DBC配體溶液中浸泡時間為40分鐘。
[0012]優選地，在步驟2中，每次浸泡與醋酸銅溶液或8OH
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DBC配體溶液后，需要在乙醇溶液中浸泡3分鐘洗掉未反應完全的銅離子或配體。
[0013]優選地，在步驟2中，通過控制不同的浸泡圈數，得到了不同厚度的Cu
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DBC金屬有機框架薄膜。
[0014]本專利技術提供了采用上述方法制備的Cu
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DBC導電金屬有機框架薄膜。
[0015]本專利技術還提供了一種基于Cu
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DBC薄膜的化學電阻型氣體傳感器的制備方法，包括以下步驟：
[0016]步驟(1)、使用層層自組裝法在石英玻璃基底上沉積不同厚度的Cu
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DBC導電薄膜。
[0017]步驟(2)、利用磁控濺射儀，將叉指電極模板覆蓋在薄膜表面進行電極濺射，構筑了化學電阻型氣體傳感器。
[0018]優選地、在步驟(1)中，層層自組裝生長Cu
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DBC薄膜的厚度在10
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45nm。
[0019]優選地、在步驟(2)中，所使用叉指電極模板的電極寬度為0.5mm，溝道寬度為0.1mm。
[0020]優選地、在步驟(2)中，磁控濺射儀濺射的時間為120秒。
[0021]本專利技術提供了采用上述方法制備的基于Cu
?
DBC薄膜的化學電阻型傳感器。
[0022]本專利技術制備的化學電阻型氣體傳感器用于H2S氣體的室溫響應。
[0023]與現有技術相比，本專利技術具有以下創新性和有益效果：
[0024]本專利技術采用層層自組裝法在石英玻璃基底上制備了Cu
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DBC導電金屬有機框架薄膜，合成的薄膜致密連續且厚度可控，與傳統的滴鑄法相比，操作簡單，與基底的結合性更好；本專利技術合成的Cu
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DBC薄膜導電性良好，具有半導體性質；本專利技術構筑了基于Cu
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DBC薄膜的化學電阻型氣體傳感器，傳感器對H2S氣體具有非常好的傳感性能以及選擇性。
附圖說明
[0025]圖1為本專利技術中基于Cu
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DBC薄膜的化學電阻型氣體傳感器結構示意圖。
[0026]圖2為本專利技術中基于Cu
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DBC薄膜的化學電阻型氣體傳感器結構示意圖。
[0027]圖3為實施例1中生長圈數20圈時Cu
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DBC薄膜的掃描電子顯微鏡圖
[0028]圖4為實施例1中生長圈數20圈時Cu
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DBC薄膜的原子力顯微鏡正面圖
[0029]圖5為實施例1中不同生長圈數Cu
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DBC薄膜厚度趨勢圖。
[0030]圖6為實施例1中生長圈數為20圈時，Cu
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DBC薄膜傳感器對不同濃度H2S氣體的響
應性能圖。
[0031]圖7為對比例1中傳感器對1ppm H2S氣體的響應性能圖。
具體實施方式
[0032]為了進一步說明本專利技術，本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于Cu
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DBC薄膜的化學電阻型氣體傳感器及其制備方法，其特征在于，包括自下而上的基底、Cu
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DBC導電金屬有機框架薄膜以及叉指電極轉換元件。2.根據權利要求1所述的基于Cu
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DBC薄膜的化學電阻型氣體傳感器，其特征在于：所述基底為石英玻璃。3.根據權利要求1所述的基于Cu
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DBC薄膜的化學電阻型氣體傳感器，其特征在于：所述Cu
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DBC薄膜的厚度為10
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45nm。4.根據權利要求1所述的基于Cu
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DBC薄膜的化學電阻型氣體傳感器，其特征在于：叉指電極的寬度為0.5mm，叉指電極溝道的寬度為0.1mm。5.根據權利要求1所述的基于Cu
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DBC薄膜的化學電阻型氣體傳感器，其特征在于：所述叉指電極濺射選用的是金電極。6.根據權利要求1
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5任一項所述的方法制備的基于Cu
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DBC薄膜的化學電阻型氣體傳感器，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王鐵，任巖，劉婧娟，
申請(專利權)人：天津理工大學，
類型：發明
國別省市：