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原文传递基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片

专利名称：	基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片
摘要：	本发明公开了一种基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片，利用硫化铼(ReS2)纳米材料电学性质的各向异性性质及有机气体吸附引起的电学各向异性性质的变化作为气体检测的维度，实现有机气体的定性、定量检测。本发明基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片的结构及制备方法简单，检测灵敏度高，能够实现有机气体的定性、定量识别；该有机气体检测芯片尺寸为微米级，超低功耗，其制备工艺为标准的集成电路(IC)制造工艺，与片上系统(SOC)集成工艺兼容，可以将器件方便的嵌入各种移动终端，便于有机气体的实时监测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	天津大学
发明人：	武恩秀;解媛;张代化;刘晶;庞慰;李全宁;陈雪娇;郭文岚;孙崇玲
专利状态：	有效
申请日期：	2017-12-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201711278990.5
公开号：	CN109884122A
代理机构：	天津创智天诚知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	王秀奎
分类号：	G01N27/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	300072 天津市南开区卫津路92号
主权项：	1.一种基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片，其特征在于：包括硫化铼纳米薄片、第一电极、第二电极和二氧化硅基底；所述的硫化铼纳米薄片与二氧化硅基底上表面贴合，所述的第一电极、第二电极沿着硫化铼的各向异性轴生长。 2.根据权利要求1所述的基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片，其特征在于：所述的硫化铼纳米薄片采用机械剥离或者干法转移法获得，长宽为微米级，厚度为纳米级。 3.根据权利要求1所述的基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片，其特征在于：所述的第一电极与第二电极为金电极，采用电子束蒸金法制得，第一电极与第二电极之间的角度为60°或120°。 4.如权利要求1所述的基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片的制备方法，其特征在于：步骤一：将硅片放入30wt.％双氧水与98wt.％浓硫酸的混合液中浸泡29-31min，去除硅片表面的硬质颗粒，上述混合液中30wt.％双氧水与98wt.％浓硫酸的体积比为1:3；用去离子水冲洗干净后置于40wt.％氢氟酸与去离子水的混合液中浸泡19-21min，去除表面的SiO2层，上述混合液中40wt.％氢氟酸与去离子水的体积比为1:1；将硅片依次放入去离子水、丙酮溶剂和无水乙醇中分别超声清洗9-11min，去除表面有机物杂质后放入无水乙醇中作为二氧化硅基底；步骤二：采用机械剥离法或者干法转移法，制得长宽为微米级、厚度为纳米级的硫化铼纳米薄片并将其转移到二氧化硅基底上，使其与二氧化硅基底上表面贴合；步骤三：利用电子束蒸金法，沿着硫化铼的两条各向异性轴生长第一电极与第二电极。 5.根据权利要求4所述的基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片的制备方法，其特征在于：所述为金电极，第一电极与第二电极之间的角度为60°或120°。 6.根据权利要求4所述的基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的第一电极与第二电极分别设置为相互平行的两个，每两个相互平行的电极之间形成的导电沟道作为独立的传感区域。 7.硫化铼纳米材料在有机气体检测中的应用。 8.如权利要求1所述的基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片的检测方法，其特征在于：给第一电极与第二电极施加相同的电压，形成基电流I1和I2，同一气体吸附时，两个独立的传感区域产生不同的电流变化分别为\|ΔI1\|和\|ΔI2\|，并通过电流采样端口1和端口2，传输给显示终端，绘制ΔI1/I1-ΔI2/I2曲线，计算曲线斜率，与数据库数据进行对比后，定性判别有机气体的类型，然后根据有机气体在硫化铼各向异性轴上随浓度变化的响应图来定量确定有机气体的浓度，实现有机气体的定性、定量测量。 9.根据权利要求8所述的基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片的检测方法，其特征在于：每一种有机气体关于a轴响应和b轴响应的拟合曲线轨迹不同，利用该特征实现了有机气体的识别，分别测定有机气体丙酮，乙醇，甲醇，异丙醇a轴响应和b轴响应的线性关系，线性方程如下：丙酮：y＝0.3+1.025x，拟合度R2为0.984；乙醇：y＝0.68+0.5x，拟合度R2为0.988；甲醇：y＝1.766+2.8x，拟合度R2为0.991；异丙醇：y＝2.1+1.810x，拟合度R2为0.951；其中x为各有机气体分别对应的a轴灵敏度响应值，y为各有机气体分别对应的b轴灵敏度响应值。 10.根据权利要求8所述的基于硫化铼纳米器件的有机气体检测芯片的检测方法，其特征在于：分别测定有机气体丙酮，乙醇，甲醇，异丙醇在0-500ppm范围内的灵敏度响应值的线性关系，线性方程如下：丙酮b轴：y＝0.14+0.0126x，拟合度R2为0.991，最低检出限为13ppm；丙酮a轴：y＝0.4095+0.013x，拟合度R2为0.995，最低检出限为24ppm；乙醇b轴：y＝-0.03945+0.04964x，拟合度R2为0.999，最低检出限为2ppm；乙醇a轴：y＝0.65122+0.02492x，拟合度R2为0.99，最低检出限为12ppm；甲醇b轴：y＝0.81671+0.01256x，拟合度R2为0.997，最低检出限为14ppm；甲醇a轴：y＝4.04744+0.03526x，拟合度R2为0.991，最低检出限为5ppm；异丙醇b轴：y＝-1.20708+0.01697x，拟合度R2为0.972，最低检出限为21ppm；异丙醇a轴：y＝-0.35137+0.03163x，拟合度R2为0.996，最低检出限为3ppm；其中x为各有机气体分别对应的浓度，y为各有机气体分别对应的灵敏度响应值。
所属类别：	发明专利