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专利号: 2020108938345
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于石墨烯量子点功能化的复合纳米薄膜材料,其特征在于,所述复合纳米薄膜材料呈薄膜状,主体为ZnO纳米片,表面覆盖有石墨烯量子点和二氧化锡量子晶粒;所述ZnO纳米片呈六方状,平均边长为1.5~2.4μm,平均厚度为50~100nm;所述石墨烯量子点的平均尺寸为3.2~4.3nm,二氧化锡量子晶粒的平均尺寸为3.5~5.2nm。

2.根据权利要求1所述的复合纳米薄膜材料,其特征在于,所述复合纳米薄膜材料中ZnO元素占比为60~70%,石墨烯量子点元素占比为5~10%,二氧化锡量子晶粒元素占比为20~35%。

3.根据权利要求2所述的复合纳米薄膜材料,其特征在于,所述复合纳米薄膜材料中ZnO元素占比为64%,石墨烯量子点元素占比为8%,二氧化锡量子晶粒元素占比为28%。

4.权利要求1至3任一所述复合纳米薄膜材料在H2S气体检测上的应用。

5.采用权利要求1至3任一所述的复合纳米薄膜材料制备得到的气敏传感元件,其特征在于,所述气敏传感元件表面设有所述复合纳米薄膜材料。

6.根据权利要求5所述的气敏传感元件,其特征在于,所述气敏传感元件的叉指电极采用金叉指电极或铂金叉指电极;所述气敏传感元件通过以下方法制备得到:(1)清洗气敏传感元件;

(2)在清洗后的气敏传感元件表面沉积金属锌薄膜;

(3)采用水热合成法将沉积的金属锌薄膜制备合成一维氧化锌薄膜;

(4)采用后置热蒸法制备石墨烯量子点/SnO2/ZnO多级结构传感材料;

(5)焙烧。

7.权利要求6所述复合材料的气敏传感元件,其特征在于,所述步骤(4)中采用的后置热蒸法具体步骤如下:将均匀分散有石墨烯量子点的四氯化锡混合溶液旋涂到步骤(3)得到的气敏传感元件的一维氧化锌薄膜的表面,重复干燥和旋涂3~5次后,将气敏传感元件放入密闭容器中,调控密闭容器内湿度为75%~95%,反应温度为120℃~150℃,反应时间为24~72小时,即得所述石墨烯量子点/SnO2/ZnO多级结构传感材料;所述混合溶液中四氯化锡及石墨烯量子点的浓度分别为0.1g/ml~0.4g/ml、0.02g/ml~0.05g/ml。

8.根据权利要求7所述的气敏传感元件,其特征在于,所述步骤(1)中清洗气敏传感元件的具体方法如下:首先,进行抽真空操作除去等离子清洗机内的气体,真空腔体压力控制范围为1Pa~10Pa,维持5~10分钟;接着,通过双路管路通入氩气和氧气,氩气与氧气的流量比为1:1~3:1;所述等离子发生器频率为40KHz,功率调控在120~180W之间;所述步骤(2)中沉积金属锌薄膜的具体步骤如下:将清洗后的气敏传感器件置于磁控溅射设备的真空室,采用质量纯度为99.99%的金属锌作为靶材,以质量纯度为99.99%的氩气作为工作气体,进行溅射沉积;沉积金属锌薄膜的过程中,靶材与基台的距离为50~150mm,先将腔室-4 -4抽真空至1×10 ~5×10 Pa,之后通入氩气,移除表面的污染物,调节氩气流量为8~

28SCCM使腔室压强为0.5~2.5Pa,沉积功率为90~120W。

9.根据权利要求7所述的气敏传感元件,其特征在于,所述步骤(3)中水热合成法通过浓氨水调节反应体系酸碱性,运用羧甲基纤维素作为结构导向剂,控制反应温度为120~

160℃,反应时间为6~72h;所述浓氨水用量为2~8ml,反应体系中去离子水的用量为20~

25ml,羧甲基纤维素采用羧甲基纤维素水溶液,浓度为1.4~4.2g/L,用量为2~4ml。

10.根据权利要求7所述的气敏传感元件,其特征在于,所述步骤(5)中焙烧具体方法如下:将所述负载石墨烯量子点/SnO2/ZnO多级结构传感材料的气敏传感元件在程序马弗炉中与400~500℃氮气气氛热处理2~4h,控制升温速率小于2℃/min。