【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及氣體傳感器，尤其涉及一種碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器及其制備方法。
技術介紹
1、隨著工業化和城市化的快速發展，人們的生活水平不斷提高，但是，環境問題越來越嚴重。比如：丙酮、甲醛、氨氣等等。有害氣體不但會破壞環境，也會影響人體健康。解決這些問題的關鍵之處在于能夠快速、精確的檢測到污染氣體，但是在相對惡劣的環境中，當被測氣體成分復雜而且濃度較低時，常規測試方法的精度很難滿足使用者的需求。因此，探索和開發一種性能優異的金屬氧化物氣體傳感器具有重要意義。
2、當前，基于金屬氧化物架構的氣體傳感器，諸如zno、sno2及wo3等，憑借其低成本效益、低功耗特性、出色的靈敏度以及迅捷的響應與恢復時間，在氣體檢測領域占據了舉足輕重的地位。其中，zno作為一種至關重要的直接帶隙n型半導體材料，擁有著高達3.37ev的寬帶隙和60mev的卓越激子結合能，這為其在電子學領域的應用奠定了堅實的基礎。zno更展現出多樣化的納米結構形態，涵蓋了納米管、納米棒、納米片、納米球及納米纖維等，這些獨特的結構賦予了zno更為豐富的物理與化學性質。尤為值得一提的是，在拋光硅基底上定向生長的一維zno納米結構，憑借其極高的表面體積比，為氣體傳感器的靈敏度提升開辟了新的路徑。zno納米結構因兼具高表面體積比與高穩定性等顯著優勢，在氣體傳感器研究領域備受矚目。然而，純zno材料在選擇性、靈敏度及工作溫度等方面仍存在一定的局限性。為此，科研人員通過摻雜、表面修飾及構建異質結構等先進手段，對zno材料進行了深入的改性研究，以期顯著提升其氣敏性能，從
3、碳點(cds)作為一種新型的碳納米材料，通常為準球形納米顆粒，尺寸可以小于10nm，其中心通常是具有結晶型sp2或非結晶型sp3雜化的碳核，表面則是由多種活性官能團構成，包括環氧基、羰基、羧基和羥基等。碳點材料的高表面體積比和豐富的表面官能團能夠促進目標氣體的吸附，碳點表面特定的官能團有望提升目標氣體的選擇性和降低工作溫度。與大多數基于金屬氧化物的氣體傳感器不同，由于碳點材料在室溫下具有半導體性能，基于納米級碳點材料的氣體傳感器有可能在室溫而不是高溫下工作。
4、因此，研究得到一種提升靈敏度和選擇性，降低工作溫度的基于玻璃通孔封裝技術的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，具有重要的意義。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于為了克服現有技術的不足而提供一種碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器及其制備方法。
2、為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供以下技術方案：
3、本專利技術提供了一種碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器包含具有褶皺結構的襯底、氣體敏感單元、封裝腔體；
4、氣體敏感單元包含氧化鋅納米線陣列和修飾于氧化鋅納米線陣列表面的碳量子點。
5、作為優選，具有褶皺結構的襯底包含底部的硅襯底、表面的柱狀結構和絕緣層，氣體敏感單元生長于具有褶皺結構的襯底的表面。
6、作為優選，柱狀結構為圓柱形，柱狀結構的直徑d為10μm≤d≤50μm，高度h為10μm≤h≤100μm，圓柱與圓柱之間的間隙l為20μm≤l≤50μm。
7、作為優選，碳量子點的直徑d為5nm≤d≤50nm。
8、作為優選，封裝腔體包含底部電極、玻璃腔體、通孔電極和頂部測試電極；通孔電極設置于玻璃腔體的兩端，通孔電極連接底部電極和頂部測試電極。
9、本專利技術還提供了所述的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器的制備方法，包含如下步驟：
10、1)在硅襯底表面順次進行光刻、刻蝕，得到柱狀褶皺結構的襯底；
11、2)在柱狀褶皺結構的襯底的表面沉積絕緣層，絕緣層的兩端制備底部電極；
12、3)在絕緣層的表面旋涂種子層，將含有種子層的硅襯底在生長液中生長氧化鋅納米線陣列；
13、4)在氧化鋅納米線陣列表面涂覆碳量子點；
14、5)使用玻璃通孔技術進行封裝，預留氣體通道；通過玻璃通孔引出頂部測試電極，通孔電極連接底部電極和頂部測試電極。
15、作為優選，在硅襯底表面旋涂光刻膠后進行光刻，旋涂光刻膠的轉速為2500～3500r/min，時間為1.5～2.5min；
16、光刻的過程中，前烘：62～68℃，2.5～3.5min；90～100℃，5.5～6.5min；曝光105～115s；后烘：62～68℃，0.8～1.2min；90～100℃，4.5～5.5min；顯影45～55s。
17、作為優選，絕緣層為二氧化硅絕緣層；通過磁控濺射鍍膜，在絕緣層的兩端制備分離的底部電極，底部電極為金電極；每個底部電極的厚度為85～95nm。
18、作為優選，種子層的原料為乙酸鋅、乙醇胺和無水乙醇，乙酸鋅和乙醇胺的摩爾比為1～2：1～2；
19、旋涂種子層的工藝順次為第一旋涂、第二旋涂、加熱，第一旋涂的轉速為970～1030r/min，時間為8～12s，第二旋涂的轉速為1500～2500r/min，時間為25～35s；加熱的溫度為280～320℃，時間為22～27min。
20、作為優選，生長液的原料為硝酸鋅、六次甲基四胺和水，硝酸鋅和六次甲基四胺的摩爾比為1～1.5：1～1.5；生長氧化鋅納米線陣列的溫度為90～98℃，時間為5.5～6.5h。
21、本專利技術的有益效果包括以下幾點：
22、1)本專利技術在硅片表層構筑了精密的褶皺微納結構，并以此為基底，巧妙融合了碳量子點修飾的氧化鋅納米線，通過高效的旋涂工藝，實現了納米尺度、近似球形的碳點溶液與其他高性能氣敏材料的無縫集成，這一創新策略顯著提升了傳感器的氣體響應能力；隨后運用玻璃通孔封裝技術(tgv)制備三維集成的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，氣體傳感器展現出了卓越的氣體敏感性能。
23、2)本專利技術的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，氣體通入腔體后，生長于具有褶皺結構襯底表面的氣體敏感單元可以增大氣體接觸面積，并通過修飾于氧化鋅納米線陣列表面的碳量子點增強氣體吸附作用，從而達到提升靈敏度和選擇性、降低檢測溫度的目的，可以用于高靈敏度的丙酮氣體檢測。
24、3)本專利技術的制備方法不僅簡便快捷，而且具備低毒性、成本效益顯著、生物相容性優良及環境友好等多重優勢，為基于碳點的氣體傳感器的廣泛應用鋪設了堅實的道路。本專利技術的氣體傳感器的獨特結構設計在推動氣體傳感器的小型化進程及實現高性能表現方面，展現出了極為廣闊的應用前景與深遠價值。
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1.一種碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，其特征在于，碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器包含具有褶皺結構的襯底、氣體敏感單元、封裝腔體；
2.根據權利要求1所述的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，其特征在于，具有褶皺結構的襯底包含底部的硅襯底、表面的柱狀結構和絕緣層，氣體敏感單元生長于具有褶皺結構的襯底的表面。
3.根據權利要求2所述的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，其特征在于，柱狀結構為圓柱形，柱狀結構的直徑d為10μm≤d≤50μm，高度h為10μm≤h≤100μm，圓柱與圓柱之間的間隙L為20μm≤L≤50μm。
4.根據權利要求1或3所述的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，其特征在于，碳量子點的直徑d為5nm≤d≤50nm。
5.根據權利要求4所述的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，其特征在于，封裝腔體包含底部電極、玻璃腔體、通孔電極和頂部測試電極；通孔電極設置于玻璃腔體的兩端，通孔電極連接底部電極和頂部測試電極。
6.權利要求1～5任一項所述的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：
7.根據權利
8.根據權利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，絕緣層為二氧化硅絕緣層；通過磁控濺射鍍膜，在絕緣層的兩端制備分離的底部電極，底部電極為金電極；每個底部電極的厚度為85～95nm。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，種子層的原料為乙酸鋅、乙醇胺和無水乙醇，乙酸鋅和乙醇胺的摩爾比為1～2：1～2；
10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，生長液的原料為硝酸鋅、六次甲基四胺和水，硝酸鋅和六次甲基四胺的摩爾比為1～1.5：1～1.5；
...【技術特征摘要】
1.一種碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，其特征在于，碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器包含具有褶皺結構的襯底、氣體敏感單元、封裝腔體；
2.根據權利要求1所述的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，其特征在于，具有褶皺結構的襯底包含底部的硅襯底、表面的柱狀結構和絕緣層，氣體敏感單元生長于具有褶皺結構的襯底的表面。
3.根據權利要求2所述的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，其特征在于，柱狀結構為圓柱形，柱狀結構的直徑d為10μm≤d≤50μm，高度h為10μm≤h≤100μm，圓柱與圓柱之間的間隙l為20μm≤l≤50μm。
4.根據權利要求1或3所述的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，其特征在于，碳量子點的直徑d為5nm≤d≤50nm。
5.根據權利要求4所述的碳量子點修飾氧化鋅氣體傳感器，其特征在于，封裝腔體包含底部電極、玻璃腔體、通孔電極和頂部測試電極；通孔電極設置于玻璃腔體...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬劉紅，陳盼迪，李普光，李夢珂，董馨源，段智勇，
申請(專利權)人：鄭州大學，
類型：發明
國別省市：
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