米晶/石墨烯复合粉末均匀分散在有机溶剂中，得到混合液。具体 地，有机溶剂为丙酮。
[0031] (2)将步骤（1)得到的混合液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜。具体地，可在室 温下以滴涂、旋涂、浸泡提拉、喷涂、打印等方式将混合液涂覆在绝缘衬底上成膜；绝缘衬底 为纸、塑料或陶瓷。
[0032] (3)重复执行步骤（2)，得到具有所需厚度的气敏层，完成气体传感器的制备。
[0033] 具体地，胶态纳米晶/石墨烯复合粉末为PbS胶态纳米晶/石墨烯复合粉末和/ 或PbSe胶态纳米晶/石墨稀复合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩尔比为1: (0. 5?12)。
[0034] 上述PbS胶态纳米晶/石墨稀复合粉末和/或PbSe胶态纳米晶/石墨稀复合粉 末按照如下方法制备：
[0035] (A1)将氧化石墨烯和含铅化合物按比例配料，将配置好的原料与含硫元素和/或 硒元素的有机溶剂混合，得到混合液。具体地，含铅化合物为醋酸铅；含硫元素的有机溶剂 为二甲基亚砜（DMSO)和二甲基甲酰胺（DMF)的混合溶剂。
[0036] (A2)用溶剂热法对步骤（A1)得到的混合液进行处理，将反应结束后的混合液进 行固液分离，取出下层固体沉淀物。
[0037] (A3)用有机溶剂清洗步骤（A2)得到的固体沉淀物，以去除残余的反应物。具体 地，有机溶剂为丙酮和乙醇。
[0038] (A4)将清洗后的固体沉淀物干燥，得到硫化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末和/ 或硒化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末。
[0039] 实施例1
[0040] 取40mg氧化石墨烯（GO)和0? 106g醋酸铅，将其分散在2. 5mlDMSO和27. 5ml DMF组成的混合溶剂中，超声1小时使其分散均匀，得到混合液；将混合液移至50ml的反应 釜中，在180°C的高温下反应12小时，将反应结束后的混合液倒出上层液体，取出下层固体 沉淀物；用丙酮和乙醇清洗固体沉淀物，以去除残余的反应物，具体过程为：先后向固体沉 淀物中加入l〇ml丙酮和15ml乙醇，放入离心机以5000rpm的转速旋转离心3分钟，然后倒 出上清液，留下沉淀物，第一次清洗过程结束，重复该过程三次完成清洗；将清洗后的固体 沉淀物放在空气中自然干燥24小时，得到PbS胶态纳米晶/还原氧化石墨烯（rGO)复合粉 末，其中，Pb原子和C原子的摩尔比为1:12。
[0041] 将复合粉末按浓度为50mg/ml分散在丙酮中，超声30分钟使其分散均匀，得到混 合液；以lOOOrpm的转速将混合液旋涂在绝缘陶瓷衬底上，使其均匀成膜；重复旋涂3次， 使薄膜达到所需厚度，完成气体传感器的制备。
[0042] 实施例2
[0043] 取30mg氧化石墨烯和0. 675g醋酸铅，将其分散在2. 5mlDMSO和27. 5mlDMF组成 的混合溶剂中，超声1小时使其分散均匀，得到混合液；将混合液移至50ml的反应釜中，在 180°C的高温下反应12小时，将反应结束后的混合液倒出上层液体，取出下层固体沉淀物； 用丙酮和乙醇清洗固体沉淀物，以去除残余的反应物，具体过程为：先后向固体沉淀物中加 入10ml丙酮和15ml乙醇，放入离心机以5000rpm的转速旋转离心3分钟，然后倒出上清液， 留下沉淀物，第一次清洗过程结束，重复该过程三次完成清洗；将清洗后的固体沉淀物放在 空气中自然干燥24小时，得到PbS胶态纳米晶/rGO复合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩 尔比为1:1. 4。
[0044] 将复合粉末按浓度为50mg/ml分散在丙酮中，超声30分钟使其分散均勾，得到混 合液；以lOOOrpm的转速将混合液旋涂在绝缘陶瓷衬底上，使其均匀成膜；重复旋涂3次， 使薄膜达到所需厚度，完成气体传感器的制备。
[0045] 实施例3
[0046] 衬底为纸，其它实验条件与实施例2相同。
[0047] 实施例4
[0048] 衬底为PET塑料，其它实验条件与实施例2相同。
[0049] 实施例5
[0050] 取60mg氧化石墨烯和4. 05g醋酸铅，将其分散在5mlDMS0和57. 5mlDMF组成 的混合溶剂中，超声1小时使其分散均匀，得到混合液；将混合液移至80ml的反应釜中，在 180°C的高温下反应12小时，将反应结束后的混合液倒出上层液体，取出下层固体沉淀物； 用丙酮和乙醇清洗固体沉淀物，以去除残余的反应物，具体过程为：先后向固体沉淀物中加 入10ml丙酮和15ml乙醇，放入离心机以5000rpm的转速旋转离心3分钟，然后倒出上清液， 留下沉淀物，第一次清洗过程结束，重复该过程三次完成清洗；将清洗后的固体沉淀物放在 空气中自然干燥24小时，得到PbS胶态纳米晶/rGO复合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩 尔比为1:0. 5。
[0051] 将复合粉末按浓度为50mg/ml分散在丙酮中，超声30分钟使其分散均匀，得到混 合液；以lOOOrpm的转速将混合液旋涂在纸衬底上，使其均匀成膜；重复旋涂3次，使薄膜 达到所需厚度，完成气体传感器的制备。
[0052]实施例2和实施例4制得的气体传感器在室温下对50ppm二氧化氮的响应曲线分 别如图2和图3所示。实施例1?5制得的气体传感器在室温下对50ppm二氧化氮的各项 性能参数如下表所示。
【主权项】
1. 一种半导体气体传感器，其特征在于，包括绝缘衬底和气敏层；所述气敏层直接覆 盖在所述绝缘衬底上，由胶态纳米晶和导电材料构成；所述导电材料为石墨烯或导电聚合 物。
2. 如权利要求1所述的半导体气体传感器，其特征在于，所述气敏层由胶态纳米晶与 石墨烯复合而成；所述胶态纳米晶为硫化铅胶态纳米晶和/或硒化铅胶态纳米晶，所述气 敏层中Pb原子和C原子的摩尔比为1: (0. 5?12)。
3. 如权利要求1所述的半导体气体传感器，其特征在于，所述气敏层由导电聚合物薄 膜和胶态纳米晶薄膜依次堆叠而成；所述胶态纳米晶薄膜为硫化物胶态纳米晶薄膜或氧化 物胶态纳米晶薄膜，所述胶态纳米晶薄膜与所述导电聚合物薄膜的厚度之比为1: (〇. 5? 2)〇
4. 如权利要求1所述的半导体气体传感器，其特征在于，所述气敏层由胶态纳米晶与 导电聚合物复合而成；所述胶态纳米晶为硫化物胶态纳米晶或氧化物胶态纳米晶，所述导 电聚合物与所述胶态纳米晶的质量之比为1: (250?2500)。
5. -种半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 将胶态纳米晶/石墨烯复合粉末均匀分散在有机溶剂中，得到混合液； (2) 将步骤（1)得到的混合液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜； (3) 重复执行步骤（2)，得到具有所需厚度的气敏层，完成气体传感器的制备。
6. 如权利要求5所述的半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述胶态纳米晶/ 石墨烯复合粉末为硫化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末和/或硒化铅胶态纳米晶/石墨烯 复合粉末，其中，Pb原子和C原子的摩尔比为1: (0. 5?12)。
7. 如权利要求6所述的半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述胶态纳米晶/ 石墨烯复合粉末按照如下方法制备： (A1)将氧化石墨烯和含铅化合物按比例配料，将配置好的原料与含硫元素和/或硒元 素的有机溶剂混合，得到混合液； (A2)用溶剂热法对步骤（A1)得到的混合液进行处理，将反应结束后的混合液进行固 液分离，取出下层固体沉淀物； (A3)用有机溶剂清洗步骤（A2)得到的固体沉淀物，以去除残余的反应物； (A4)将清洗后的固体沉淀物干燥，得到硫化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末和/或硒 化铅胶态纳米晶/石墨烯复合粉末。
8. -种半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 将导电聚合物的溶液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜，待薄膜干燥； (2) 涂覆胶态纳米晶溶液，使其均匀成膜； (3) 重复执行步骤（2)，得到具有所需厚度的胶态纳米晶薄膜，完成气体传感器的制 备。
9. 如权利要求8所述的半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述胶态纳米晶 溶液为硫化物胶态纳米晶溶液或氧化物胶态纳米晶溶液，所述胶态纳米晶薄膜与所述导电 聚合物薄膜的厚度之比为1: (〇. 5?2)。
10. -种半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)将导电聚合物的溶液与胶态纳米晶溶液均匀混合，得到混合液； (2) 将步骤（1)得到的混合液涂覆在绝缘衬底上，使其均匀成膜； (3) 重复执行步骤（2)，得到具有所需厚度的气敏层，完成气体传感器的制备。
【专利摘要】本发明公开了一种无电极式半导体气体传感器及其制备方法。采用无电极式设计，利用灵敏度高、导电性能好的胶态纳米晶复合材料制作气敏层，将其于室温下涂覆在绝缘衬底上形成器件，无需使用额外的信号电极，器件结构和工艺步骤简单，且利于降低成本，适于批量生产，而且适于制作成柔性气体传感器。本发明的气体传感器具有轻、薄、短、小和便携性好的特点，而且工作温度低，具有良好的应用前景。
【IPC分类】G01N27-12
【公开号】CN104614413
【申请号】CN201510067819
【发明人】罗真, 刘欢, 徐宋曼, 罗家俊, 刘铁峰, 李康华, 李敏, 唐江, 周印华
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月9日