一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器，从下至上依次包括压电衬底、电极层以及经紫外光辐照进行NO

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器
本专利技术涉及声学技术中声表面波传感器
，尤其涉及一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器。
技术介绍
二氧化氮（Nitrogendioxide，NO2）是一种有毒有害的刺激性气体，主要来自工业废气、汽车尾气等等，是破坏臭氧层和导致酸雨形成的常见空气污染物之一，对人体呼吸道和水体环境也有危害作用。因此，开发高性能的二氧化氮气体传感器一直以来就是一个热点问题。声表面波（SurfaceAcousticWave，SAW）器件被广泛应用于物理、化学和生物检测中，由于声波能量主要集中在表面，环境变量容易与声波发生耦合，进而导致器件频率偏移，因此尤其适合于表界面的传感和检测应用。近年来，针对SAW传感器的研究层出不穷，但就目前报道的NO2传感器来说，仍存在许多问题，具体表现在敏感材料的加工工艺复杂、器件响应幅度小、响应恢复速度慢、需要额外加热等等。因此改进制备工艺、优化材料设计、改善传感器性能成为未来开发新型声表面波NO2传感器的主要目标。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器，具体为提出基于银（Ag）纳米粒子掺杂的还原氧化石墨烯-聚吡咯（rGO-PPy/Ag）的复合敏感层，并通过紫外光辅助照射的方法进一步改善器件的传感性能。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器，从下至上依次包括压电衬底、电极层以及经紫外光辐照进行NO2传感的银纳米粒子掺杂的还原氧化石墨烯-聚吡咯的三维多孔结构复合敏感层，所述电极层包括叉指换能器和反射栅。作为本专利技术的一种优选改进，所述压电衬底选自铌酸锂、钽酸锂、石英、锆钛酸铅中的任意一种。作为本专利技术的一种优选改进，所述压电衬底为ZnO、AlN、AlScN、AlErN、铌酸锂、锆钛酸铅中任意一种制成的压电薄膜与硅、玻璃、蓝宝石、PI、PET、PVDF、LCD、PEN、PDMS、Ecoflex、柔性玻璃中任意一种的复合层状结构。作为本专利技术的一种优选改进，所述叉指换能器为双端对谐振式换能器，所述反射栅为开路反射栅或者短路反射栅。作为本专利技术的一种优选改进，所述叉指换能器和反射栅材料可由铝、金、银、铜、铬、钼、镍、钛、钨中的任意一种制备。作为本专利技术的一种优选改进，所述叉指换能器和反射栅的厚度在1nm~300nm，所述叉指换能器的周期为40nm~400mm，金属化率为0.1~0.9。作为本专利技术的一种优选改进，所述银纳米粒子直径为2nm~600nm。作为本专利技术的一种优选改进，所述紫外光波长为200nm~400nm，光强为10~180mw/cm2。本专利技术提供的一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器的有益效果在于：基于Ag纳米粒子掺杂的还原氧化石墨烯-聚吡咯的复合敏感层，并通过紫外光辅助照射的方法进一步改善器件的传感性能。其中，较大尺寸的银纳米粒子（主要为200nm~400nm）可以起到构筑3D多孔结构的作用，能够增加吸附位点、促进气体分子在敏感膜中的扩散，改善传感器的可重复性；小尺寸的银纳米粒子（亚10nm）可以修饰在rGO-PPy片层上，形成大量的p-p异质结和内建电场，能够有效分离电子空穴对，增强吸附，提高灵敏度，改善传感器的可重复性；另外，紫外光照射可以显著缩短声表面波二氧化氮传感器的响应/恢复时间，增强传感性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。下文描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1为本专利技术所述的高灵敏度声表面波二氧化氮传感器的结构示意图；图2为rGO-PPy敏感膜和rGO-PPy/Ag敏感膜的扫描电镜图；图3为基于rGO-PPy敏感膜、rGO-PPy/Ag敏感膜和紫外辅助照射的3D多孔rGO-PPy/Ag敏感膜的铌酸锂衬底SAW传感器在室温下对100ppmNO2的频率响应；图4为紫外光辅助照射的rGO-PPy/AgSAW器件对100ppmNO2的响应/恢复时间。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1所示，本专利技术提供了一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器，从下至上依次包括压电衬底1，电极层以及经紫外光5辐照进行NO2传感的银纳米粒子掺杂的还原氧化石墨烯-聚吡咯（rGO-PPy/Ag）的三维（3D）多孔结构复合敏感层4。所述压电衬底1可以是铌酸锂、钽酸锂、石英、锆钛酸铅中的任意一种；也可以是ZnO（氧化锌）、AlN（氮化铝）、AlScN（掺钪氮化铝）、AlErN（掺铒氮化铝）、铌酸锂、锆钛酸铅中任意一种制成的压电薄膜与硅、玻璃、蓝宝石、PI（聚酰亚胺）、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、LCD（液晶显示屏）、PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）、PDMS（聚二甲基硅氧烷）、Ecoflex（脂肪族芳香族无规共聚酯）、柔性玻璃中任意一种的复合层状结构。所述电极层置于压电衬底1上方，包括叉指换能器2和反射栅3。所述反射栅3置于所述叉指换能器2的两侧。具体的，所述叉指换能器2为双端对谐振式换能器，所述反射栅3为开路反射栅或者短路反射栅。所述叉指换能器2和反射栅3可由铝、金、银、铜、铬、钼、镍、钛、钨中的任意一种制备。所述叉指换能器2和反射栅3的厚度在1nm~300nm。所述叉指换能器2的周期为40nm400m，金属化率为0.1~0.9。所述的银纳米粒子掺杂的还原氧化石墨烯-聚吡咯的三维多孔结构复合敏感层4置于所述压电衬底1上方，并作为NO2传感的敏感层。所述银纳米粒子直径为2nm~600nm。所述紫外光5从银纳米粒子掺杂的还原氧化石墨烯-聚吡咯的三维多孔结构复合敏感层4上方进行辐照辅助以进行NO2传感。所述紫外光5波长为200nm~400nm，光强10180mw/cm2。下面以具体实施例1对本专利技术进行详细说明。实施例1再参阅图1所示，本专利技术提供了一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器，采用双端谐振式，压电衬底1采用128-YXLiNbO3材料，叉指换能器2和反射栅3材料采用金（Au）材料，厚度为30nm，SAW器件参数设计为：波长为16m，叉指对数为60，反射栅个数为120，金属化率为0.5，孔径为250倍波长，两端IDT的距离为200倍波长。银纳米粒子掺杂的还原氧化石墨烯-聚吡咯的三维多孔结构复合敏感层4置于压电衬底1上方。银纳米粒子掺杂的还原氧化石墨烯-聚吡咯的三维多孔结构复合敏感层4制备过程如下：将氧化石墨烯（GO）分散液和吡咯单体（Py）超声混合5分钟；放入恒温烘箱中，自发反应8小时得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器，其特征在于，从下至上依次包括压电衬底、电极层以及经紫外光辐照进行NO

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器，其特征在于，从下至上依次包括压电衬底、电极层以及经紫外光辐照进行NO2传感的银纳米粒子掺杂的还原氧化石墨烯-聚吡咯的三维多孔结构复合敏感层，所述电极层包括叉指换能器和反射栅。


2.如权利要求1所述的一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器，其特征在于，所述压电衬底选自铌酸锂、钽酸锂、石英、锆钛酸铅中的任意一种。


3.如权利要求1所述的一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器，其特征在于，所述压电衬底为ZnO、AlN、AlScN、AlErN、铌酸锂、锆钛酸铅中任意一种制成的压电薄膜与硅、玻璃、蓝宝石、PI、PET、PVDF、LCD、PEN、PDMS、Ecoflex、柔性玻璃中任意一种的复合层状结构。


4.如权利要求1所述的一种高灵敏度声表面波二氧化氮传感器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周剑，熊硕，段辉高，张定红，詹正佳，刘炀辉，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43