一種制造氣體敏感復合納米薄膜的方法
【專利摘要】本發明實施例公開了一種制造氣體敏感復合納米薄膜的方法，包括：制備氧化石墨烯分散溶液；用LB成膜法，用該氧化石墨烯分散溶液形成納米薄膜，然后將所述納米薄膜轉移到氣敏器件上；對納米薄膜進行還原處理；然后在還原處理后的納米薄膜上蒸鍍導電聚合物層。根據本發明的方法制造的氣體敏感納米薄膜具有良好的氣敏性能。
【專利說明】一種制造氣體敏感復合納米薄膜的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及氣體敏感薄膜材料領域,尤其是涉及一種制造氣體敏感復合納米薄膜的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，氣敏傳感器的研究與開發不斷取得新的進展，同時由于人們對環境污染問題的日益關注，使對大氣中微量環境污染物質的檢測工作逐步深入，響應快、靈敏度高的氣敏材料就成為傳感器領域研究的前沿課題。同時針對二氧化氮等氣體是大氣中對環境和人類健康危害十分嚴重的污染物之一。因此，研制實用及低成本的二氧化氮氣體敏感薄膜的重要性就顯得尤為突出。

【發明內容】

[0003]本發明的目的之一是提供一種制造能夠形成具有良好氣敏性能的氣體敏感復合納米薄膜的方法。
[0004]本發明公開的技術方案包括:
提供了一種制造氣體敏感復合納米薄膜的方法，其特征在于，包括:將氧化石墨烯分散于有機溶劑中，形成氧化石墨烯分散溶液；將所述氧化石墨烯分散溶液滴加于LB膜槽中的超純水表面，使氧化石墨烯分散鋪展于所述超純水表面；用滑障將鋪展于所述超純水表面的氧化石墨烯壓縮到成膜模壓，形成納米薄膜，然后將所述納米薄膜轉移到氣敏器件上；對所述納米薄膜進行還原處理；在還原處理后的所述納米薄膜上蒸鍍導電聚合物層。
[0005]本發明一個實施例中，所述溶劑為甲醇與超純水的混合溶液，其中所述混合溶液中甲醇與超純水的體積 比為5:1至6:1。
[0006]本發明一個實施例中，所述對所述納米薄膜進行還原處理包括:將形成了所述納米薄膜的所述氣敏器件置于170至200攝氏度的水蒸氣氣氛中保持3至5小時。
[0007]本發明一個實施例中，所述氣敏器件為叉指電極或者有機薄膜晶體管。
[0008]本發明一個實施例中，所述氧化石墨烯分散溶液中氧化石墨烯的濃度為0.5至I
暈克/毫升°
[0009]本發明一個實施例中，所述在還原處理后的所述納米薄膜上蒸鍍導電聚合物層包括:將進行還原處理后的形成了所述納米薄膜的所述氣敏器件置于具有導電聚合物氣氛的高真空成膜設備中，在90至100攝氏度下沉積60至70分鐘，從而在所述納米薄膜上形成導電聚合物層。
[0010]本發明一個實施例中，所述導電聚合物為六噻吩或者聚吡咯。
[0011]根據本發明的方法制造的氣體敏感復合納米薄膜具有良好的氣敏性能。此外，由于有機納米材料在溶劑中具有良好的分散性，在LB膜儀器的控制下具有較好的成膜性能，能夠獲得高密度、均勻一致的復合薄膜材料，并且可以實現大面積成膜。而且氣體敏感納米薄膜的厚度可以通過沉積不同的層數來進行調控。【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發明一個實施例的制造氣體敏感復合納米薄膜的方法的流程示意圖。
[0013]圖2是LB成膜設備的示意圖。
[0014]圖3是蒸鍍成膜設備的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]本發明的一個實施例中，一種制造氣體敏感復合納米薄膜的方法包括如圖1所示的步驟。
[0016]步驟10:制備氧化石墨烯分散溶液。
[0017]本發明的實施例中，可以將氧化石墨烯分散于有機溶劑中，從而獲得所需的氧化石墨烯分散溶液。這里，氧化石墨烯可以是通常的氧化石墨烯，也可以是氮摻雜的氧化石墨烯。
[0018]一個實施例中，該有機溶劑可以是可以為甲醇與超純水混合溶液，其中該混合溶液中，甲醇與超純水的體積比可以為5:1至6:1。
[0019]一個實施例中，該氧化石墨烯分散溶液的濃度可以為0.5~lmg/ml (毫克/毫升)。
[0020]步驟12:采用LB成膜法形成納米薄膜。
[0021 ] 本發明的實施例的方法中，可以提供氣敏器件，采用LB膜法在該氣敏器件上形成納米薄膜。
[0022]因此，步驟2中，提供氣敏器件。一個實施例中，該氣敏器件可以是叉指電極或者有機薄膜晶體管。
[0023]本步驟中，將步驟10中獲得的氧化石墨烯分散溶液滴加到LB成膜設備的LB膜槽中的亞相表面，使得氧化石墨烯粒子分散鋪展于該亞相表面。這里，亞相可以是適于供有氧化石墨烯粒子分散鋪展于其上的液體，例如可以是超純水。
[0024]此時，當有氧化石墨烯分散溶液滴加到亞相表面后，有機溶劑會帶著氧化石墨烯粒子在亞相表面分散鋪展開。經過一定時間之后，有機溶劑揮發，這樣，留下其中的氧化石墨烯粒子分散鋪展于亞相的表面上。
[0025]然后，壓縮鋪展于亞相表面的氧化石墨烯粒子，從而在亞相表面形成氧化石墨烯單分子層。通常，LB成膜方法可以在LB成膜設備(下文詳述)中進行，此時，當有機溶劑揮發后，在LB成膜設備中，使用滑障壓縮亞相表面的氧化石墨烯單分子層到成膜膜壓，從而在亞相表面形成致密的納米薄膜。
[0026]最后，將該納米薄膜轉移到氣敏器件上，從而在氣敏器件上形成納米薄膜層。將有該納米薄膜轉移到氣敏器件上的方法可以使用適合的LB膜轉移方法，比如垂直提拉法、水平附著法或者亞相降低法等等。這些方法是LB成膜方法中的常用方法，在此不再贅述。
[0027]此外，在氣敏器件上形成的納米薄膜可以為一層，也可以為多層，可以根據實際的需要而靈活設定，比如3層、5層或者10層等等。氧化石墨烯粒子的尺寸也可以根據實際情況的需要而靈活設置。
[0028]如前文所述，LB成膜方法可以在LB成膜設備中進行。圖2圖示出了一個實施例中的LB成膜設備的俯視示意圖，其中亞相2 (例如，去離子水)盛于LB膜槽I中，氧化石墨烯粒子層3形成于亞相2的表面上，LB膜槽滑障5壓縮氧化石墨烯粒子層3到成膜膜壓，氣敏器件4連接到LB膜槽轉動軸6，該LB膜槽轉動軸6驅動氣敏器件4運動，從而用垂直提拉法將有機納米材料粒子膜3轉移到氣敏器件4上。
[0029]步驟14:進行還原處理。
[0030]形成了所需要的層數的納米薄膜之后，還可以包括還原處理步驟，即對形成的納米薄膜進行還原處理。本發明的實施例中，該還原處理可以是將形成了納米薄膜的氣敏器件置于特定溫度下的水蒸汽中特定預定時間。這樣，使得納米薄膜中的氧化石墨烯被部分還原。
[0031]本發明一個實施例中，該還原處理可以是將形成了納米薄膜的氣敏器件置于170至200攝氏度的水蒸氣氣氛中保持3至5小時。
[0032]經過還原處理后，納米薄膜具有一定的導電性。
[0033]步驟16:在納米薄膜上蒸鍍形成導電聚合物層。
[0034]本發明的實施例中，在氣敏器件上形成了納米薄膜并且經過還原處理之后，使用蒸鍍在納米薄膜上形成導電聚合物層。
[0035]本發明的實施例中，可以將具有經過還原處理了的納米薄膜的氣敏器件置于有機多功能高真空成膜設備，并且使該高真空成膜設備中形成導電聚合物氣氛，然后在一定溫度下沉積一定時間，從而在經還原處理的納米薄膜之上蒸鍍一層導電聚合物。
[0036]例如，一個實施例中，在還原處理后的所米薄膜上蒸鍍導電聚合物層可以包括:將進行還原處理后的形成了納米薄膜的氣敏器件置于具有導電聚合物氣氛的高真空成膜設備中，在90至100攝氏度下沉 積60至70分鐘，從而在該納米薄膜上形成導電聚合物層。
[0037]這里，導電聚合物可以是六噻吩或者聚吡咯。導電聚合物氣氛可以通過本領域內常用的方式獲得，例如，導電聚合物氣氛的獲得可以是通過將導電聚合物加入有機多功能高真空成膜設備中，在90至100攝氏度的溫度下，從而能夠在設備中形成導電聚合物分子氣氛。導電聚合物分子遇到溫度相對較低的氣敏器件(其上具有還原處理后的納米薄膜層)，就會在納米薄膜層之上沉積一層導電聚合物。
[0038]如前文所述，蒸鍍成膜法可以在有機多功能高真空成膜設備中進行。圖3圖示出了一個實施例中的蒸鍍成膜設備10的示意圖，其中導電聚合物9受到高溫蒸發形成導電聚合物氣氛，其遇到溫度相對較低的氣敏器件7 (其上具有還原處理后的納米薄膜層8)沉積成膜。
[0039]例如，一個實施例中，一個具體的制造氣體敏感復合納米薄膜的方法的實施例的詳細步驟包括:
①將氧化石墨烯(GO)溶于體積比為5:1的甲醇/超純水混合溶劑中，氧化石墨烯的濃度為0.5~lmg/ml,形成分散良好的氧化石墨烯溶液；
②采用ΙΟΟμΙ(微升)的微量進樣器抽取8ml (毫升)的溶液①滴加于LB膜槽中的亞相表面，使得GO在亞相表面進行鋪展；
③控制LB膜槽滑障壓縮亞相表面的GO至成膜膜壓，GO成膜膜壓為15~30mN/m(毫牛/米);
④采用LB膜水平成膜方式在表面清潔的氣敏器件上沉積GO薄膜；
⑤將GO薄膜在95~100°C下烘干，然后置于190至200攝氏度溫度下的水蒸汽中2至3小時， 氧化石墨烯(GO)被部分還原；
⑥獲得的薄膜置于有機多功能高真空成膜設備中，導電聚合物保持溫度為100攝氏度，其變為氣態，并使其在還原所得納米薄膜材料沉積上60至70分鐘。從而在薄膜上蒸鍍一層導電聚合物，最終獲得氣體敏感復合納米薄膜。
[0040]本發明的實施例中，使用有機納米材料與導電聚合物的氣體敏感復合納米薄膜，形成的氣體敏感復合納米薄膜具有良好的氣體敏感特性。該有機納米材料在溶劑中具有良好的分散性，在LB成膜儀器的控制下具有較好的成膜性能，能夠獲得高密度、均勻一致的復合薄膜材料，并且可以實現大面積成膜。氣體敏感復合納米薄膜的厚度可以通過沉積不同的有機納米材料薄膜的層數來進行調控，也可以通過蒸鍍時間進行調控。
[0041]本發明實施例的方法制備的氣體敏感復合納米薄膜，可以實現薄膜的良好氣敏性能和一定的電導率。該薄膜可以達到各種氣敏傳感器的需求。并且該薄膜的制備方法合理簡單，易于操作。
[0042]以上通過具體的實施例對本發明進行了說明，但本發明并不限于這些具體的實施例。本領域技術人員應該明白，還可以對本發明做各種修改、等同替換、變化等等，這些變換只要未背離本發明的精神，都應在本發明的保護范圍之內。此外，以上多處所述的“一個實施例”表示不同的實施例，當然也可以將其全部或部分結合在一個實施例中。
【權利要求】
1.一種制造氣體敏感復合納米薄膜的方法，其特征在于，包括: 將氧化石墨烯分散于有機溶劑中，形成氧化石墨烯分散溶液； 將所述氧化石墨烯分散溶液滴加于LB膜槽中的超純水表面，使氧化石墨烯分散鋪展于所述超純水表面； 用滑障將鋪展于所述超純水表面的氧化石墨烯壓縮到成膜模壓，形成納米薄膜，然后將所述納米薄膜轉移到氣敏器件上； 對所述納米薄膜進行還原處理； 在還原處理后的所述納米薄膜上蒸鍍導電聚合物層。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述溶劑為甲醇與超純水的混合溶液，其中所述混合溶液中甲醇與超純水的體積比為5:1至6:1。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述對所述納米薄膜進行還原處理包括:將形成了所述納米薄膜的所述氣敏器件置于170至200攝氏度的水蒸氣氣氛中保持3至5小時。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述氣敏器件為叉指電極或者有機薄膜晶體管。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述氧化石墨烯分散溶液中氧化石墨烯的濃度為0.5至I暈克/毫升。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述在還原處理后的所述納米薄膜上蒸鍍導電聚合物層包括:將進行還原處理后的形成了所述納米薄膜的所述氣敏器件置于具有導電聚合物氣氛的高真空成膜設備中，在90至100攝氏度下沉積60至70分鐘，從而在所述納米薄膜上形成導電聚合物層。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述導電聚合物為六噻吩或者聚吡咯。
【文檔編號】C23C14/12GK103469202SQ201310343727
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月9日 優先權日:2013年8月9日
【發明者】楊亞杰, 張魯寧, 楊文耀, 張波, 徐建華, 李世彬, 蔣亞東 申請人:電子科技大學