【】本發(fā)明屬于氫氣傳感器，具體尤其涉及基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法及氫氣傳感器。

背景技術(shù)

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背景技術(shù)：

1、氫氣傳感器是一種用于檢測(cè)氫氣濃度的器件，常見的工作原理有：基于如氧化鋅、氧化鈦等金屬氧化物或如鎢氧化物等金屬半導(dǎo)體的敏感材料與氫氣的吸附效應(yīng)，或基于鈀或鈀合金的納米結(jié)構(gòu)與氫氣的吸附反應(yīng)，引起電阻率或其他電學(xué)性質(zhì)變化，從而實(shí)現(xiàn)氫氣濃度的檢測(cè)。基于納米結(jié)構(gòu)的氫氣傳感器，其納米結(jié)構(gòu)材料的高表面積與體積比是影響氫氣傳感器性能的關(guān)鍵因素，常見的制備方法有自組裝法、溶劑熱法和物理/化學(xué)氣相沉積法。

2、但這些方法在制備基于高比表面積納米線氫氣傳感器方面存在困難，從而影響了氫氣傳感器的性能，如：自組裝法難以精確控制納米線的尺寸與形態(tài)；溶劑熱法需要精確控制溶劑的化學(xué)組成和如溫度等反應(yīng)條件才能獲得所需的納米線；物理氣相沉積法需要復(fù)雜的工藝控制才可能實(shí)現(xiàn)納米線的特定取向與排列；而化學(xué)氣相沉積法需要精確控制氣體的流量與反應(yīng)條件，且難以保持納米線的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明的目的在于提供基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，解決目前制備方法難制備出具有高比表面積的中空納米線結(jié)構(gòu)的氫氣傳感器的問題。

2、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供氫氣傳感器。

3、基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，包括以下步驟：

4、s1、前處理：采用含有蝕刻劑與氧化劑的蝕刻溶液處理雙層懸空納米結(jié)構(gòu)納米材料，得到單層納米結(jié)構(gòu)納米材料，所述單層納米結(jié)構(gòu)納米材料包括有襯底，與襯底一側(cè)連接的金屬孔層與金屬顆粒層4，所述金屬孔層設(shè)有多個(gè)金屬孔，所述金屬顆粒層4設(shè)有多個(gè)金屬顆粒，每個(gè)所述金屬孔處設(shè)有金屬顆粒；

5、s2、金屬輔助化學(xué)蝕刻：步驟s1所述單層納米結(jié)構(gòu)繼續(xù)與所述蝕刻溶液反應(yīng)，通過所述金屬顆粒層4、所述金屬孔層與所述襯底，在所述襯底上形成空心納米線，得到具有空心納米線的納米材料；

6、s3、金屬去除：采用金屬溶解液去除步驟s2所述具有空心納米線的納米材料中的金屬；

7、s4、薄膜沉積：采用鍍膜機(jī)，在真空條件下，向步驟s3所述具有空心納米線的納米材料沉積一定厚度的氫敏材料，所述氫敏材料覆蓋所述空心納米線內(nèi)外表面與所述襯底表面；

8、s5、電極制備：采用鍍膜機(jī)，在真空條件下，向步驟s4所述具有空心納米線的納米材料沉積一定厚度的用于形成電極的金屬材料，所述電極位于所述空心納米線兩端，得到基于空心納米線結(jié)構(gòu)的氫氣傳感器。

9、如上所述的基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，步驟s1所述金屬顆粒的直徑小于所述金屬孔的直徑。

10、如上所述的基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，步驟s2所述空心納米線的厚度為所述金屬孔的直徑與所述金屬顆粒的直徑之差。

11、如上所述的基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，步驟s1所述金屬孔層與所述金屬顆粒層4的材料為同種金屬材料。

12、如上所述的基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，步驟s1所述襯底材料為單晶硅材料。

13、如上所述的基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，步驟s1所述蝕刻劑為氫氟酸，所述氧化劑為過氧化氫。

14、如上所述的基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，所述蝕刻溶液為氫氟酸、過氧化氫與異丙醇的混合溶液。

15、如上所述的基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，所述氫氟酸、過氧化氫與異丙醇的體積比為10:20:10。

16、如上所述的基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，步驟s4與步驟s5所述真空條件范圍為低于5.1×10-4pa。

17、由所述基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法制備得到的氫氣傳感器。

18、本發(fā)明提出了基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法。首先，選用雙層懸空納米結(jié)構(gòu)納米材料，采用蝕刻溶液快速溶解所述納米材料中用于支撐所述雙層懸空納米結(jié)構(gòu)的支撐材料，得到單層納米結(jié)構(gòu)納米材料，所述單層結(jié)構(gòu)由金屬孔層與金屬顆粒層4組成，所述金屬孔層設(shè)有多個(gè)金屬孔，所述金屬顆粒層4設(shè)有多個(gè)金屬顆粒，每個(gè)所述金屬孔處設(shè)有金屬顆粒，由于金屬顆粒的直徑小于金屬孔的直徑，所以金屬孔與金屬顆粒之間存在空隙，所述空隙用于后續(xù)形成空心納米線結(jié)構(gòu)。第二，采用金屬輔助化學(xué)蝕刻這種低成本工藝制備具有中空結(jié)構(gòu)的空心硅納米線，金屬孔層與金屬顆粒層4作為金屬催化劑，氧化劑先在金屬催化劑表面被還原，并通過金屬催化劑向硅襯底注入空穴，使得金屬/硅界面的硅被氧化，并被蝕刻劑溶解；隨著蝕刻時(shí)間的增加，金屬催化劑逐漸沉入硅襯底中，使得所述硅襯底上形成中空的空心硅納米線。最后，采用金屬溶解液去除納米材料中殘余的金屬，再采用鍍膜機(jī)，進(jìn)行薄膜沉積與電極制備，即可獲得基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)的氫氣傳感器。

19、本發(fā)明基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，操作簡(jiǎn)單，成本低，選用雙層懸空納米結(jié)構(gòu)納米材料，先采用蝕刻溶液形成單層納米結(jié)構(gòu)納米材料，再采用金屬輔助化學(xué)蝕刻工藝，形成空心納米線結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步制備得到具有高比表面積的基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器，解決了目前制備方法難制備出具有高比表面積的中空納米線結(jié)構(gòu)的氫氣傳感器的問題。

20、本發(fā)明氫氣傳感器，具有獨(dú)特的空心納米線結(jié)構(gòu)，相對(duì)于實(shí)心納米線結(jié)構(gòu)，具有高比表面積，并提供更多的活性位點(diǎn)，這有助于提高傳感器對(duì)氫氣的吸附能力，從而顯著提升傳感器與檢測(cè)靈敏度。

技術(shù)特征：

1.基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，其特征在于：步驟s1所述金屬顆粒的直徑小于所述金屬孔的直徑。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，其特征在于：步驟s2所述空心納米線的厚度為所述金屬孔的直徑與所述金屬顆粒的直徑之差。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，其特征在于：步驟s1所述金屬孔層與所述金屬顆粒層的材料為同種金屬材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，其特征在于：步驟s1所述襯底材料為單晶硅材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，其特征在于：步驟s1所述蝕刻劑為氫氟酸，所述氧化劑為過氧化氫。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，其特征在于：所述蝕刻溶液為氫氟酸、過氧化氫與異丙醇的混合溶液。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，其特征在于：所述氫氟酸、過氧化氫與異丙醇的體積比為10:20:10。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，其特征在于：步驟s4與步驟s5所述真空條件范圍為低于5.1×10-4pa。

10.由權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法制備得到的氫氣傳感器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器制備方法，操作簡(jiǎn)單，成本低，選用雙層懸空納米結(jié)構(gòu)納米材料，先采用蝕刻溶液形成單層納米結(jié)構(gòu)納米材料，再采用金屬輔助化學(xué)蝕刻工藝，形成空心納米線結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步制備具有高比表面積的基于空心硅納米線結(jié)構(gòu)氫氣傳感器。本發(fā)明還提供了氫氣傳感器。

技術(shù)研發(fā)人員：趙志俊,徐先武,汪紅波,余丙軍,錢林茂
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/12