基于有机无机杂化钙钛矿的二氧化碳传感器

本发明属于传感器，具体涉及一种基于有机无机杂化钙钛矿的二氧化碳传感器。

背景技术：

1、大气中的二氧化碳(co2)含量上升会导致气温升高和海水酸化，在农业生产，清洁能源技术，发动机排气和化学工业等领域都需要对co2进行监测。

2、半导体电阻型气体传感器具有结构简单，适用性强的特点，具有广泛的应用，其中，基于钙钛矿半导体的气体传感器具有优异的综合性能，被认为是一种具有良好发展前景的电阻型气体传感器。目前，基于钙钛矿的co2传感器主要采用lafeo3体系钙钛矿作为气敏层。lafeo3体系钙钛矿作为气敏层存在一定的问题：一方面lafeo3钙钛矿制备复杂；另一方面这些材料需要在几百摄氏度的高温才能维持传感器的灵敏度和响应时间，较高的工作温度会影响传感器的使用寿命也会造成额外的功率损耗。因此需要设计一种能够适应于大规模生产且在较低温度下就能有高灵敏度和快速响应特性的钙钛矿基co2传感器。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的问题，本发明提出一种基于有机无机杂化钙钛矿的co2传感器。所述传感器的结构自下而上依次为基底、有机无机杂化钙钛矿薄膜、叉指状电极、外壳。所述钙钛矿为faxmaygua1-x-ypbi3·zlii，其中fa为甲脒，ma为甲胺，gua为胍基；其中x和y限定为0≤x≤1，0≤y≤1并且0≤x+y≤1；其中z在0～0.1之间。所述钙钛矿薄膜是一种有机无机杂化钙钛矿薄膜，其中的fa、ma和gua在较低温度下会与co2发生质子化反应，从而引起有机无机杂化钙钛矿薄膜电学性能变化，产生更高的co2灵敏度和响应度。钙钛矿薄膜中掺入的lii可以增加薄膜的导电性，以进一步提升薄膜对co2的灵敏度。

2、进一步地，本发明还提供一种基于有机无机杂化钙钛矿的co2传感器的制备方法，所述方法包括以下步骤：

3、(1)清洗基底：将基底用去离子水、乙醇、去离子水依次超声清洗，然后用氮气吹干置于干燥箱中备用。超声清洗时间为3～20分钟，基底为玻璃、石英、硅片中的一种。

4、(2)制备钙钛矿薄膜：分为配制前驱体溶液和钙钛矿薄膜制备两个步骤。

5、a：配制钙钛矿前驱液，将pbi2、碘化甲脒(fai)、碘化甲胺(mai)、碘化胍(guai)、碘化锂(lii)按照1:x:y:1-x-y:z的摩尔比溶解在二甲基酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)的混合溶剂中，其中钙钛矿前驱液浓度为0.7～2.1m之间，dmf和dmso的体积比在4:1～8:1之间。

6、b：钙钛矿薄膜制备：采用旋涂法、喷墨打印法、刮刀涂布法、丝网印刷法中的任意一种在清洗好的基底上制备钙钛矿薄膜。优选为旋涂法。钙钛矿薄膜厚度在200～1500nm之间。

7、(3)制备叉指状电极：采用热蒸发法制备叉指状电极，电极材料为金、银、铂、铜中的一种，优选为金。电极厚度在30～100nm之间。

8、(4)在蒸镀完电极的样品上加上外壳，完成传感器的制备。

9、本发明的有益效果为:

10、(1)本发明利用对co2有更高灵敏度的faxmaygua1-x-ypbi3·zlii(x和y限定为0≤x≤1，0≤y≤1并且0≤x+y≤1；z在0～0.1之间)为气敏层，从而在较低温度下实现高灵敏度和快速的co2响应特性。(2)传感器工作温度降低使得钙钛矿基传感器具有更长的使用寿命和更低的功率损耗。

11、(3)faxmaygua1-x-ypbi3·zlii(x和y限定为0≤x≤1，0≤y≤1并且0≤x+y≤1；z在0～0.1之间)气敏层制备方法简单，制作成本低。

技术特征：

1.一种基于有机无机杂化钙钛矿的二氧化碳传感器，其特征在于，所述传感器结构自下而上依次为基底、有机无机杂化钙钛矿薄膜、叉指状电极、外壳。

2.如权利要求1所述的一种基于有机无机杂化钙钛矿的二氧化碳传感器，其特征在于，所述有机无机杂化钙钛矿薄膜为faxmaygua1-x-ypbi3·zlii，fa为甲脒，ma为甲胺，gua为胍基；x和y限定为0≤x≤1，0≤y≤1并且0≤x+y≤1；z在0～0.1之间，钙钛矿薄膜厚度在200～1500nm之间。

3.如权利要求1所述的一种基于有机无机杂化钙钛矿的二氧化碳传感器。其特征在于所述电极为金、银、铂、铜中的一种，电极厚度在30～100nm之间。

4.如权利要求1所述的一种基于有机无机杂化钙钛矿的二氧化碳传感器，其特征在于所述钙钛矿薄膜由旋涂法、喷墨打印法、刮刀涂布法、丝网印刷法中的任意一种制备得到。

技术总结
本发明属于传感器技术领域,具体涉及一种基于有机无机杂化钙钛矿的二氧化碳传感器。本发明公开了一种基于有机无机杂化钙钛矿的二氧化碳传感器，所述二氧化碳传感器自下往上依次包括：基底、有机无机杂化钙钛矿薄膜、叉指状电极，外壳。所述钙钛矿为FA<subgt;X</subgt;MA<subgt;Y</subgt;GUA<subgt;1‑X‑Y</subgt;PbI<subgt;3</subgt;·ZLiI，其中FA为甲脒，MA为甲胺，Gua为胍基；其中X和Y限定为0≤X≤1，0≤Y≤1并且0≤X+Y≤1；其中Z在0～0.1之间。所述二氧化碳传感器以有机无机杂化钙钛矿薄膜为气敏层，在较低温度下能实现高灵敏度和快速的二氧化碳响应特性。

技术研发人员：李美成,黄浩,葛晗曦,蓝智能,崔鹏,杜淑贤,张强,李海方,曹乃虹
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17