一種碳納米管金屬復(fù)合物氣體傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種碳納米管金屬復(fù)合物氣體傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子組成的數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管構(gòu)成，也可以說是單層或多層石墨片圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成的無縫納米級(jí)管。碳納米管按照石墨烯片的層數(shù)可以分為單壁碳納米管和多壁碳納米管，多壁管在開始形成的時(shí)候，層與層之間很容易形成陷阱中心而捕獲各種缺陷，因而多壁管的管壁上通常布滿小洞樣的缺陷，與多壁管相比，單壁管是由單層圓柱型石墨層構(gòu)成，其直徑大小的分布范圍小，缺陷少，具有更高的均一性。由于碳納米管擁有典型的納米級(jí)層狀中空結(jié)構(gòu)，具有較高的長徑比(直徑為幾十納米以內(nèi)，長度為幾微米到幾百微米)，較大的比表面積、表面能和表面結(jié)合能，還有類石墨的多層管壁結(jié)構(gòu)，能夠作為納米反應(yīng)器或填充器，而且化學(xué)穩(wěn)定性較好，碳納米管表面經(jīng)修飾后可以作為具有某些獨(dú)特性能的催化劑。然而，純的碳納米管之間存在極強(qiáng)的范德華力，具有疏水性，極易產(chǎn)生纏繞團(tuán)聚，使其在復(fù)合材料中很難分散，用酸處理后的碳納米管表面帶有親水基團(tuán)如羧基和羥基，使其容易溶于水和溶液中，但是酸處理后的碳管表面會(huì)存在各種缺陷，伴有無定形碳、石墨微粒、金屬催化劑等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)較難徹底除去，且碳納米管是由單一的碳原子通過SP3和SP 2雜化組成，化學(xué)活性低，在制備復(fù)合材料時(shí)很難與基底形成有效地結(jié)合，應(yīng)用于燃料電池、催化劑等領(lǐng)域會(huì)不同程度的影響其性能。
[0003]由于碳納米管(CNTs)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和電學(xué)力學(xué)等性能，使其在納米復(fù)合材料的應(yīng)用上具有很大的潛力，例如在超級(jí)電容器、傳感器、電池、場(chǎng)效應(yīng)顯示器等領(lǐng)域的應(yīng)用。在碳納米管精細(xì)的中空管道結(jié)構(gòu)中可以填充各種金屬或金屬氧化物，例如貴金屬Pt、Ru等，過渡金屬Fe、Co、Ni等，同時(shí)也可以作為納米反應(yīng)器，在管道內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。碳納米管主要是由呈六邊形排列的碳原子組成的數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管構(gòu)成，但是一般碳納米管表面都會(huì)存在一些缺陷，這些缺陷則會(huì)增加反應(yīng)活性位點(diǎn)，使得金屬或金屬氧化物納米顆粒更好的附著在碳納米管表面。
[0004]碳納米管復(fù)合物由于其特異的性能被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，金屬顆粒能夠被容易地形成在碳納米管管外，上述形成方法簡單，例如溶液法、沉積法等，這種碳納米管復(fù)合物已經(jīng)被廣泛研宄，其在氣體傳感器中具有很廣泛的應(yīng)用，但目前很少有人將金屬納米顆?？煽氐匦纬稍谔技{米管管內(nèi)，目前貴金屬納米顆粒被形成在碳納米管管內(nèi)，在催化領(lǐng)域具有優(yōu)異的性能，已經(jīng)有學(xué)者證明了金屬納米顆粒在碳納米管管內(nèi)受到碳納米管管壁的限域效應(yīng)電子結(jié)構(gòu)被改變，而與此同時(shí)碳納米管管外的電子結(jié)構(gòu)也會(huì)被改變。
[0005]雖然貴金屬納米顆粒形成于碳納米管管內(nèi)已經(jīng)被證明在催化領(lǐng)域能夠起到很不錯(cuò)的效果，但將其他金屬可控地形成于碳納米管管內(nèi)仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，并且其金屬納米粒子與碳納米管相互作用如何影響碳納米管金屬復(fù)合物用于氣體傳感器時(shí)的性能仍有待研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于如何形成碳納米管金屬復(fù)合物氣體傳感器，并且通過金屬納米顆粒提高所述碳納米管金屬復(fù)合物氣體傳感器的氣體傳感性能。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種碳納米管金屬復(fù)合物氣體傳感器，其中所述碳納米管金屬復(fù)合物氣體傳感器包括基板、碳納米管金屬復(fù)合物、電極、芯片、電源及信號(hào)輸出部。所述電極為陣列式電極；所述芯片與陣列式電極相連，用于處理信號(hào)；所述信號(hào)輸出部連接至芯片，用于輸出芯片中處理過的信號(hào)；所述電極用于向芯片輸送電信號(hào)；所述碳納米管金屬復(fù)合物覆蓋與陣列電極每個(gè)電極之間的空隙中，使陣列電極的每個(gè)電極之間由所述碳納米管金屬復(fù)合物連接，所述碳納米管金屬復(fù)合物為碳納米管與金屬納米顆粒的復(fù)合物，其中所述金屬納米顆粒形成在碳納米管管內(nèi)。
[0008]進(jìn)一步地，所述碳納米管金屬復(fù)合物的厚度為50nm?2.5 μ m。
[0009]進(jìn)一步地，所述陣列電極每個(gè)電極之間的空隙的寬度為2.5 μπι?10 μπι。
[0010]進(jìn)一步地，所述陣列電極由銅、銀或者金形成。
[0011]進(jìn)一步地，所述金屬納米顆粒的尺寸為I?10nm。
[0012]進(jìn)一步地，所述金屬納米顆粒是由先形成于碳納米管管內(nèi)的金屬氧化物還原形成。所述還原反應(yīng)是在氫氣存在時(shí)500?900°C下或者在惰性氣氛下700?900°C下與碳納米管上碳進(jìn)行的。
[0013]進(jìn)一步地，所述金屬為鐵、鈷、鎳、錳、鈮、鉬中的一種或上述多種金屬組成的合金。
[0014]本發(fā)明的碳納米管金屬復(fù)合物氣體傳感器，具有如下有益效果:通過將金屬納米顆粒可控地形成在碳納米管管內(nèi)并制作成氣體傳感器，能夠提高碳納米管基氣體傳感器的靈敏度。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。
[0016]圖1是本發(fā)明的碳納米管金屬復(fù)合物氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中的鐵納米顆粒與碳納米管復(fù)合物的??Μ圖；
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例二中的鐵納米顆粒與碳納米管復(fù)合物的??Μ圖。
[0019]圖中:1陣列電極，2碳納米管金屬復(fù)合物，3芯片，4信號(hào)輸出部，5電極。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]實(shí)施例一:
[0022]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種碳納米管金屬復(fù)合物氣體傳感器，其中所述碳納米管金屬復(fù)合物2氣體傳感器包括基板、碳納米管金屬復(fù)合物2、電極5、芯片3、電源及信號(hào)輸出部4。所述電極5為陣列式電極；所述芯片3與陣列式電極相連，用于處理信號(hào)；所述信號(hào)輸出部4連接至芯片3，用于輸出芯片3中處理過的信號(hào)；所述電極5用于向芯片3輸送電信號(hào)；所述碳納米管金屬復(fù)合物2覆蓋與陣列電極I每個(gè)電極5之間的空隙中，使陣列電極I的每個(gè)電極5之間由所述碳納米管金屬復(fù)合物2連接，所述碳納米管金屬復(fù)合物2為碳納米管與鐵金屬納米顆粒的復(fù)合物，如圖2所示，其中，所述鐵金屬納米顆粒形成在碳納米管管內(nèi)。
[0023]所述碳納米管金屬復(fù)合物2的厚度為50nm。
[0024]