本發(fā)明屬于敏感材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種納米復(fù)合結(jié)構(gòu)氣敏材料的制備方法。
背景技術(shù)：
氣敏材料涉及敏感材料表面與氣體分子間的相互作用，或者引起敏感材料的電學(xué)性能發(fā)生變化，而產(chǎn)生氣敏信號。而氣敏信號的產(chǎn)生會涉及到氣體在氣敏材料表面的吸附以及和氣體分子與氣敏材料間的電荷轉(zhuǎn)移。在上述過程中較為關(guān)鍵的是提高敏感材料與氣體分子之間的作用效果。因此，如何發(fā)展出一種新型氣敏材料以解決上述問題成為本領(lǐng)域的研究重點。
由于納米結(jié)構(gòu)的材料體系具有比表面積大、結(jié)構(gòu)開放的優(yōu)勢，故而在氣敏材料領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價值。而納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合不僅能夠改善材料的形貌與結(jié)構(gòu)，而且各材料之間的協(xié)同效應(yīng)也有望提升氣敏材料體系的靈敏度和選擇性。故此，如何通過穩(wěn)定的組裝方法使得量子點、納米線、納米管等納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)多維度的納米結(jié)構(gòu)體系成為了本領(lǐng)域的熱點。然而，由于不同納米結(jié)構(gòu)之間存在表面效應(yīng)，導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)材料的堆疊效應(yīng)嚴重，故在實現(xiàn)穩(wěn)定組裝還具有較大難度。因此，如何結(jié)合有效的制備工藝以獲得穩(wěn)定的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)成為本領(lǐng)域亟待解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種制備還原氧化石墨烯量子點與二氧化鈦納米管形成穩(wěn)定復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的方法，本發(fā)明通過物理膨脹效應(yīng)，使得rgo與二氧化鈦納米管進行有效復(fù)合形成具有多維度特征的材料，從而顯著增加復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的表面積和開放性，有利于氣體分子的吸附和脫附，從而大大提高氣體傳感器的靈敏度和選擇性。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
一種納米復(fù)合結(jié)構(gòu)氣敏材料的制備方法，其特征在于，包括：在基片上形成氧化石墨烯量子點和二氧化鈦納米管相復(fù)合的薄膜，然后采用激光照射法還原氧化石墨烯量子點，再在制得的還原氧化石墨烯量子點與二氧化鈦納米管的復(fù)合結(jié)構(gòu)上形成納米金屬氧化物薄膜，最終制得還原氧化石墨烯量子點、二氧化鈦納米管與納米金屬氧化物薄膜復(fù)合納米結(jié)構(gòu)材料。
進一步地，本發(fā)明中在基片上形成氧化石墨烯量子點和二氧化鈦納米管相復(fù)合的薄膜具體采用如下操作：
將氧化石墨烯量子點分散液和二氧化鈦納米管分散液這兩種分散液采用同時氣噴的方式噴涂于基片表面制膜，然后經(jīng)干燥處理后得到氧化石墨烯量子點和二氧化鈦納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料。
作為優(yōu)選實施方法，上述氧化石墨烯量子點分散液的濃度為1.5mg/ml～2.0mg/ml，二氧化鈦納米管分散液的濃度為0.5mg/ml～1.0mg/ml。
進一步地，本發(fā)明中制備金屬氧化物薄膜的方法包括但不局限于：原子層沉積法、化學(xué)氣相沉積法以及分子束外延法。
進一步地，本發(fā)明中納米金屬氧化物薄膜的材料為納米氧化鋁、納米氧化釕、納米氧化鐵、納米氧化錫、納米氧化鋯或者納米氧化鋅；
進一步地，本發(fā)明中金屬氧化物薄膜的厚度為5～10nm。
本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有采用溶液混合體系制備氣敏材料，通過分步制備先在基片上形成氧化石墨烯和二氧化鈦納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的薄膜，然后再采用激光照射使得氧化石墨烯量子點還原為還原石墨烯量子點，在激光還原的過程中，量子點產(chǎn)生物理膨脹效應(yīng)形成凸起結(jié)構(gòu)進而能夠與二氧化鈦納米管有效復(fù)合，從而顯著增加復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的表面積和開放性，有利于氣體分子的吸附和脫附，提高了氣敏材料的選擇性和靈敏度；本發(fā)明在還原氧化石墨烯量子點與二氧化鈦納米管的復(fù)合結(jié)構(gòu)上形成超薄金屬氧化物層，保證了形成多維度材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并且金屬氧化物薄膜同時也改善了復(fù)合納米結(jié)構(gòu)對氣體分子的選擇性。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1).本發(fā)明采用同時氣噴氧化石墨烯量子點與二氧化鈦納米管再激光還原氧化石墨烯量子點的技術(shù)手段，有效避免了石墨烯量子點與二氧化鈦納米管難以混合的缺陷，同時，在激光還原過程中，由于物理膨脹效應(yīng)使得量子點與納米管有效復(fù)合，從而顯著增加復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的表面積和開放性，有利于氣體分子的吸附和脫附，提高了氣敏材料的選擇性和靈敏度。
(2).本發(fā)明在還原氧化石墨烯量子點與二氧化鈦納米管的復(fù)合結(jié)構(gòu)上形成超薄納米金屬氧化物層，不僅保證了量子點與納米管相復(fù)合表面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且金屬氧化物的引入有利于增強復(fù)合氣敏材料對于氣體的選擇性。
(3).運用本發(fā)明制備方法具有簡單可控、環(huán)保的優(yōu)勢，激光還原工序能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的圖案化，并且有利于實現(xiàn)器件的直接組裝。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明工藝流程進行詳細說明：
實施例1：
步驟1：
稱取石墨烯量子點15mg溶解于9.8ml去離子水中，配制得到10ml濃度為1.5mg/ml的氧化石墨烯量子點分散液；稱取二氧化鈦納米管10mg溶解于9.6ml乙醇中，配制得到10ml濃度為1.0mg/ml的二氧化鈦納米管分散液；
步驟2：
分別量取氧化石墨烯量子點分散液和二氧化鈦納米管分散液各2ml，加入氣噴設(shè)備腔體中，采用同時氣噴的方式將氧化石墨烯量子點和二氧化鈦納米管沉積于經(jīng)過親水處理的叉指電極表面，然后置于溫度為60℃的真空干燥箱中干燥2小時，得到氧化石墨烯量子點與二氧化鈦納米管形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的薄膜；
步驟3：
將步驟2制得叉指電極表面薄膜置于激光光束下，調(diào)整功率為100mw，激光頭步進速率為15mm/min，使得氧化石墨烯量子點還原為還原氧化石墨烯量子點，最終得到圖案化薄膜；
步驟4：
將步驟3制得叉指電極表面薄膜置于原子層沉積設(shè)備中，在薄膜表面沉積一層厚度為5nm的納米氧化鋅層，最終在叉指電極表面制得還原氧化石墨烯量子點、二氧化鈦納米管和納米氧化鋅形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的薄膜。
實施例2：
步驟1：
稱取石墨烯量子點20mg溶解于9.6ml去離子水中，配制得到10ml濃度為2.0mg/ml的氧化石墨烯量子點分散液；稱取二氧化鈦納米管10mg溶解于9.6ml乙醇中，配制得到10ml濃度為1.0mg/ml的二氧化鈦納米管分散液；
步驟2：
分別量取氧化石墨烯量子點分散液和二氧化鈦納米管分散液各2ml，加入氣噴設(shè)備腔體中，采用同時氣噴的方式將氧化石墨烯量子點和二氧化鈦納米管沉積于經(jīng)過親水處理的叉指電極表面，然后置于溫度為60℃的真空干燥箱中干燥2小時，得到氧化石墨烯量子點與二氧化鈦納米管形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的薄膜；
步驟3：
將步驟2制得叉指電極表面薄膜置于激光光束下，調(diào)整功率為100mw，激光頭步進速率為15mm/min，使得氧化石墨烯量子點還原為還原氧化石墨烯量子點，最終得到圖案化薄膜；
步驟4：
將步驟3制得叉指電極表面薄膜置于原子層沉積設(shè)備中，在薄膜表面沉積一層厚度為5nm的納米氧化鋯層，最終在叉指電極表面制得還原氧化石墨烯量子點、二氧化鈦納米管和納米氧化鋯形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的薄膜。
實施例3：
步驟1：
稱取石墨烯量子點15mg溶解于9.8ml去離子水中，配制得到10ml濃度為1.5mg/ml的氧化石墨烯量子點分散液；稱取二氧化鈦納米管5.0mg溶解于9.8ml乙醇中，配制得到10ml濃度為0.5mg/ml的二氧化鈦納米管分散液；
步驟2：
分別量取氧化石墨烯量子點分散液和二氧化鈦納米管分散液各2ml，加入氣噴設(shè)備腔體中，采用同時氣噴的方式將氧化石墨烯量子點和二氧化鈦納米管沉積于經(jīng)過親水處理的叉指電極表面，然后置于溫度為60℃的真空干燥箱中干燥2小時，得到氧化石墨烯量子點與二氧化鈦納米管形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的薄膜；
步驟3：
將步驟2制得叉指電極表面薄膜置于激光光束下，調(diào)整功率為100mw，激光頭步進速率為15mm/min，使得氧化石墨烯量子點還原為還原氧化石墨烯量子點，最終得到圖案化薄膜；
步驟4：
將步驟3制得叉指電極表面薄膜置于原子層沉積設(shè)備中，在薄膜表面沉積一層厚度為5nm的納米氧化鋁層，最終在叉指電極表面制得還原氧化石墨烯量子點、二氧化鈦納米管和納米氧化鋁形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的薄膜。
實施例4：
步驟1：
稱取石墨烯量子點15mg溶解于9.8ml去離子水中，配制得到10ml濃度為1.5mg/ml的氧化石墨烯量子點分散液；稱取二氧化鈦納米管10mg溶解于9.6ml乙醇中，配制得到10ml濃度為1.0mg/ml的二氧化鈦納米管分散液；
步驟2：
分別量取氧化石墨烯量子點分散液和二氧化鈦納米管分散液各2ml，加入氣噴設(shè)備腔體中，采用同時氣噴的方式將氧化石墨烯量子點和二氧化鈦納米管沉積于經(jīng)過親水處理的叉指電極表面，然后置于溫度為60℃的真空干燥箱中干燥2小時，得到氧化石墨烯量子點與二氧化鈦納米管形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的薄膜；
步驟3：
將步驟2制得叉指電極表面薄膜置于激光光束下，調(diào)整功率為100mw，激光頭步進速率為15mm/min，使得氧化石墨烯量子點還原為還原氧化石墨烯量子點，最終得到圖案化薄膜；
步驟4：
將步驟3制得叉指電極表面薄膜置于原子層沉積設(shè)備中，在薄膜表面沉積一層厚度為5nm的納米氧化釕層，最終在叉指電極表面制得還原氧化石墨烯量子點、二氧化鈦納米管和納米氧化釕形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的薄膜。
實施例5：
步驟1：
稱取石墨烯量子點15mg溶解于9.8ml去離子水中，配制得到10ml濃度為1.5mg/ml的氧化石墨烯量子點分散液；稱取二氧化鈦納米管10mg溶解于9.6ml乙醇中，配制得到10ml濃度為1.0mg/ml的二氧化鈦納米管分散液；
步驟2：
分別量取氧化石墨烯量子點分散液和二氧化鈦納米管分散液各2ml，加入氣噴設(shè)備腔體中，采用同時氣噴的方式將氧化石墨烯量子點和二氧化鈦納米管沉積于經(jīng)過親水處理的叉指電極表面，然后置于溫度為60℃的真空干燥箱中干燥2小時，得到氧化石墨烯量子點與二氧化鈦納米管形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的薄膜；
步驟3：
將步驟2制得叉指電極表面薄膜置于激光光束下，調(diào)整功率為100mw，激光頭步進速率為15mm/min，使得氧化石墨烯量子點還原為還原氧化石墨烯量子點，最終得到圖案化薄膜；
步驟4：
將步驟3制得叉指電極表面薄膜置于原子層沉積設(shè)備中，在薄膜表面沉積一層厚度為5nm的納米氧化鐵層，最終在叉指電極表面制得還原氧化石墨烯量子點、二氧化鈦納米管和納米氧化鐵形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的薄膜。
實施例6：
步驟1：
稱取石墨烯量子點15mg溶解于9.8ml去離子水中，配制得到10ml濃度為1.5mg/ml的氧化石墨烯量子點分散液；稱取二氧化鈦納米管10mg溶解于9.6ml乙醇中，配制得到10ml濃度為1.0mg/ml的二氧化鈦納米管分散液；
步驟2：
分別量取氧化石墨烯量子點分散液和二氧化鈦納米管分散液各2ml，加入氣噴設(shè)備腔體中，采用同時氣噴的方式將氧化石墨烯量子點和二氧化鈦納米管沉積于經(jīng)過親水處理的叉指電極表面，然后置于溫度為60℃的真空干燥箱中干燥2小時，得到氧化石墨烯量子點與二氧化鈦納米管形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的薄膜；
步驟3：
將步驟2制得叉指電極表面薄膜置于激光光束下，調(diào)整功率為100mw，激光頭步進速率為15mm/min，使得氧化石墨烯量子點還原為還原氧化石墨烯量子點，最終得到圖案化薄膜；
步驟4：
將步驟3制得叉指電極表面薄膜置于原子層沉積設(shè)備中，在薄膜表面沉積一層厚度為5nm的納米氧化錫層，最終在叉指電極表面制得還原氧化石墨烯量子點、二氧化鈦納米管和納米氧化錫形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的薄膜。
上述具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，盡管已闡述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，即可對上述實施例作出另外的變更和修改。因此本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍應(yīng)涵蓋優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。