一种同时具有气敏和光敏的化学传感器制造技术

本发明专利技术所制备的一种同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器涉及专门适用于对各种气体以及光照检测的半导体器件。本发明专利技术所制备的一种同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器，由化学传感器的敏感层、平面型镀Au陶瓷衬底、引线以及气敏传感器底座构成；所述的化学传感器的敏感层为CH3NH3PbI3钙钛矿前驱液和WO3纳米粉末掺杂得到的薄膜层，平面陶瓷片上具有一层特殊材料的加热层以及镀Au的电极。通过制备CH3NH3PbI3钙钛矿前驱液与WO3纳米粉末混合的化学传感器，不仅改善了传感器的气敏特性，提高了其对气体的灵敏度，而且这种化学传感器对光的敏感度很好，在光照强况下，降低了传感器的电阻值，从而使其对气体的灵敏度提高。

A chemical sensor with both gas sensitivity and photosensitivity at the same time

A chemical sensor with both photosensitive and gas sensing characteristics is involved in the invention, and relates to semiconductor devices which are specially suitable for detecting various gases and light. A prepared by the invention also has the photosensitive properties and gas sensing properties of chemical sensors, from the sensitive layer, chemical sensor plane Au coated ceramic substrate, lead and gas sensor base form a thin layer of sensitive layer; wherein the chemical sensor is CH3NH3PbI3 perovskite precursor solution and WO3 nano powder doped. With heating a layer of special material and electrode plating of Au planar ceramic plate. Preparation of CH3NH3PbI3 perovskite precursor solution and WO3 nano powder mixed by chemical sensor system, not only improves the characteristic of the gas sensor, improves the sensitivity of the gas, and this chemical sensor is sensitive to light is good in light intensity conditions, reduce the resistance value of the sensor, so that its sensitivity to improve the gas.

【技术实现步骤摘要】
一种同时具有气敏和光敏的化学传感器本专利技术的技术方案涉及专门适用于光强度以及气体的监测，具体说是有机无机金属卤化物钙钛矿与三氧化钨混合所得的化学传感器的制备。
技术介绍
气体的吸附对半导体材料载流子的浓度有着很大的修饰作用，导致半导体材料的电阻率和导电性发生了改变。因而，根据不同浓度与成分对特定半导体材料导电性的影响制备的气体化学传感器被广泛的应用在危险气体检测、大气保护、火源与烟雾检测等各种工业和生活应用中，已产生重要的经济与社会效益。当前主要的气体化学传感器的核心器件主要是采用以氧化钨(分子式为WO3)、氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO2)等为核心半导体材料。其中，WO3是一种具有高的氧空位扩散系数，气致变色和高化学稳定性的n型半导体材料，对H2、NO2、NH3等气体的检测具有很好的灵敏度。通过在WO3基中掺杂其它物质离子是目前改善的气体化学传感器性质的重要手段。，其中主要包括碳纳米管(CNT)，SiO2，聚氧化乙烯(PEO)等材料。但这些上述材料和技术方法只是一定程度改善了半导体材料对H2、NO2、NH3等气体的灵敏度，并不具有对周围环境光照条件变换的检测能力，而很多应用场合，气体的成分与浓度的变化伴随着周围环境光照条件的变化。气体传感器所在环境的光照条件也是检测的重要数据。钙钛矿(CH3NH3PbI3)光吸收材料具有低廉的成本、简单的制备工艺、良好的光吸收、光电转换特性以及优异的光生载流子输运特性，其电子与空穴扩散长度可超过1um。因而采用这种新型光电转换材料的钙钛矿太阳电池具有特别优异的光电转换特性，目前实验室样品光电转换效率已高达20％以上，高于商用的非晶硅太阳电池、微晶硅太阳电池。光敏传感器在在传感器领域占据着重要的地位，代表器件主要表现为太阳能电池，光探测器等。假设传感器同时具有气敏和光敏特性，将是可以同时检测环境中光照条件、气氛成分与浓度的变化，这为人们提供了更多的原位信息。所以传感器同时具有气敏和光敏特性将是气体传感器的一大特点与突破。因此，以低成本、稳定性、高选择性为原则，制备出同时具有气敏特性和光敏特性的传感器，具有很高的实用价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种制备出同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器以及其制备方法。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：提供一种通过将CH3NH3PbI3钙钛矿与WO3掺杂及后序相关技术工艺处理以实现同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器及其制备的方法，这种化学传感器包括化学传感器的敏感层、平面型镀Au陶瓷衬底、引线以及气敏传感器底座。本专利技术所制的化学传感器的敏感层为CH3NH3PbI3钙钛矿前驱液和WO3纳米粉末掺杂得到的薄膜层。平面陶瓷片上具有一层特殊材料的加热层以及镀Au的电极。上述CH3NH3PbI3钙钛矿前驱液和WO3纳米粉末掺杂得化学传感器，所述的敏感层为CH3NH3PbI3钙钛矿前驱液和WO3纳米粉末掺杂得到的薄膜层。上述CH3NH3PbI3钙钛矿前驱液和WO3纳米粉末掺杂得化学传感器，所述的敏感层的厚度为10～300um。CH3NH3PbI3钙钛矿前驱液与WO3纳米粉末掺杂的化学传感器的制备方法，其步骤如下：第一步，制备CH3NH3PbI3钙钛矿前驱液，可从以下两种方法中二选一。A.方法一A-1.CH3NH3I的制备制备CH3NH3I的原料为甲胺溶液(33wt％，溶剂为乙醇)和碘化氢溶液(57wt％，溶剂为水)。按体积比为甲胺溶液∶碘化氢溶液＝2～3∶1(甲胺溶液稍微过量)，将两种溶液混合放入到250mL烧杯中，利用恒温磁力搅拌器在0℃不停搅拌1.5～2h。搅拌完毕后，利用旋转蒸发仪在50℃下通过旋转蒸发去除溶剂。之后将获得的白色固体用乙醚清洗三次，具体步骤为：先将前一步得到的产品重新溶解在乙醇中，再不断地添加乙醚析出沉淀物，此过程重复两次。最后将得到的白色固体放入到真空干燥箱中在60℃下真空干燥24h，获得CH3NH3I。A-2.CH3NH3PbI3钙钛矿前驱溶液的制备将PbCl2(纯度99.999％)：CH3NH3I以摩尔比为1∶3混合溶解在N，N-二甲基甲酰(DMF，浓度为99.9％)中，使得PbCl2，CH3NH3I浓度分别为0.5～1M，1～2.5M。在室温下，放到磁力搅拌器中搅拌12h，待用。B.方法二B-1.CH3NH3I的制备制备CH3NH3I的原料为甲胺(CH3NH2)溶液(40wt％，溶剂为乙醇)和HI(57wt％，溶剂为水)。按摩尔比为CH3NH2∶HI＝1∶1，将两种溶液混合放入到250ml烧杯中，利用恒温磁力搅拌器在0℃不停搅拌1.5～2h。搅拌完毕后，利用旋转蒸发仪在500℃下通过旋转蒸发去除溶剂。之后将获得的白色固体用乙醚清洗三次，具体步骤为：先将前一步得到的产品重新溶解在乙醇中，再不断地添加乙醚析出沉淀物，此过程重复两次。最后将得到的白色固体放入到真空干燥箱中在60℃下真空干燥24h，获得CH3NH3I。B-2.CH3NH3PbI3钙钛矿前驱液的制备将PbCl2(纯度99.999％)：CH3NH3I以摩尔比为1∶3混合溶解在N，N-二甲基甲酰(DMF，浓度为99.9％)中，使得PbCl2，CH3NH3I浓度分别为0.5～1M，1～2.5M。在室温下，放到磁力搅拌器中搅拌12h，待用。第二步，制备WO3纳米粉末取Na2WO4·2H2O与98％的浓硫酸溶液按摩尔比10：1的比例混合并搅拌1～2h，将反应后溶液静置24h，得到WO3黄色沉淀，将沉淀物放入离心机中，高速离心5～15min后将沉淀物取出并在干燥箱中温度为50～100℃下干燥，干燥时间为12～24h，最后将干燥后的粉末放入马弗炉中500℃烧结2～3h，得到WO3粉末。第三步，CH3NH3PbI3钙钛矿前驱液与WO3纳米粉末掺杂制备敏感层分别取5～10uL钙钛矿前驱液与0.01～0.05g的WO3纳米粉末混合于玛瑙研钵中，充分研磨以制备敏感浆料，敏感层的制备可以通过丝网印刷或者滴涂的方式涂敷在平面型镀Au陶瓷衬底上，膜厚为10～300um，红外干燥备用。第四步，一种同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器的制备将备用的带有敏感层的陶瓷片通过点焊机将其Pt丝引线焊到底座上，从而得到同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器。上述同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器的制备方法中，所涉及的原材料、设备和工艺操作方法均是公知的。本专利技术的有益效果是：本专利技术的显著进步在于：通过改变WO3纳米粉末的掺杂成分，即将CH3NH3PbI3钙钛矿与WO3纳米粉末掺杂，不仅大大改善了纯的WO3纳米粉末所制化学传感器的气体敏感特性，提高了其对某些气体的灵敏度，而且这种化学传感器对光的敏感度很好，这一特性大大的改变了化学传感器的光敏特性，在光照强况下，很大程度上降低了传感器电阻值，从而使其对气体的灵敏度提高。具体体现如下：(1)本专利技术所制备的具有光敏特性和气敏特性的化学传感器的用途广泛。目前气敏传感的主要用来检测空气中的气体或者对某些达到监测的作用，而光敏传感器的制备主要是的应用事物就是人们生活中看到的光探测器以及太阳能电池等器件，光敏特性和气敏特性同时具备具备并且光敏感度很高的化学传感很少，这种传感器的制备具有很大的应用价值，值得人们去挖掘与探本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器，其特征在于化学传感器的敏感层、平面型镀Au陶瓷衬底、引线以及气敏传感器底座构成。

【技术特征摘要】
1.一种同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器，其特征在于化学传感器的敏感层、平面型镀Au陶瓷衬底、引线以及气敏传感器底座构成。2.上述一种同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器，所述的化学传感器的敏感层为CH3NH3PbI3钙钛矿前驱液和WO3纳米粉末掺杂得到的薄膜层。3.上述一种同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器，所述的面型镀Au陶瓷衬底的特征为平面陶瓷片上具有一层特殊材料的加热层以及镀Au的电极。4.上述一种同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器，所述的引线为Pt线。5.上述一种同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器，所述的所述的化学传感器的敏感层的膜厚为10～300um。6.一种同时具有光敏特性和气敏特性的化学传感器的制备方法，其步骤如下：第一步，制备CH3NH3PbI3钙钛矿前驱液，可从以下两种方法中二选一。A.方法一A-1.CH3NH3I的制备制备CH3NH3I的原料为甲胺溶液(33wt％，溶剂为乙醇)和碘化氢溶液(57wt％，溶剂为水)。按体积比为甲胺溶液∶碘化氢溶液＝2～3∶1(甲胺溶液稍微过量)，将两种溶液混合放入到250mL烧杯中，利用恒温磁力搅拌器在0℃不停搅拌1.5～2h。搅拌完毕后，利用旋转蒸发仪在50℃下通过旋转蒸发去除溶剂。之后将获得的白色固体用乙醚清洗三次，具体步骤为：先将前一步得到的产品重新溶解在乙醇中，再不断地添加乙醚析出沉淀物，此过程重复两次。最后将得到的白色固体放入到真空干燥箱中在60℃下真空干燥24h，获得CH3NH3I。A-2.CH3NH3PbI3钙钛矿前驱溶液的制备将PbCl2(纯度99.999％)∶CH3NH3I以摩尔比为1∶3混合溶解在N，N-二甲基甲酰(DMF，浓度为99.9％)中，使得PbCl2，CH3NH3I浓度分别为0.5～1M，1～2.5M。在室温下，放到磁力搅拌器中搅拌12h，待用。B.方法二B-1.CH3NH3I的制备制备CH3NH3I的原料为甲胺(CH3N...

【专利技术属性】
技术研发人员：金慧娇，田汉民，花中秋，曾艳，李彦，戎小莹，张天，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12