基于碳纳米管的红外传感器和单壁碳纳米管膜专利检索-纳米管有机纳米材料纳米材料纳米技术专利检索查询-专利查询网

积极推动地理标志专门立法

2022-03-10 地理标志，立法，知识产权
保护知识产权是对创新最大的激励

2022-03-10 保护知识产权，创新，激励
谢商华：加快制定知识产权基本法

2022-03-10 知识产权基本法
擦亮“双奥之城”品牌

2022-03-10 双奥，知识产权
让冰雪运动“热”力全开

2022-03-10 冰雪运动，知识产权
携手共奋进　走好强国路

2022-03-10 强国，知识产权
坚持创新引领　方能稳中求进

2022-03-10 创新，稳中求进，知识产权
答好“两张卷” 奋进新征程

2022-03-10 知识产权
专家解读政府工作报告中的创新和知识产权相关部署

2022-03-10 政府工作报告，创新，知识产权
今年政府工作报告指出：加强知识产权保护和运用

2022-03-10 政府工作报告，知识产权保护

基于碳纳米管的红外传感器和单壁碳纳米管膜

阅读：1029发布：2020-09-28

IPRDB可以提供基于碳纳米管的红外传感器和单壁碳纳米管膜专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请提供了一种基于碳纳米管的红外传感器(100)以及单壁碳纳米管膜，该红外传感器(100)具有较高的检测效率。该红外传感器(100)包括：硅基板(110)；介电层(120)；正电极(130)和负电极(140)，所述正电极(130)和所述负电极(140)；单壁碳纳米管SWNT膜(150)，所述SWNT膜(150)的第一端与所述正电极(130)的上表面接触，所述SWNT膜(150)的第二端与所述负电极(140)的上表面接触，所述第一端与所述第二端是相对的；其中，所述SWNT膜(150)的拉曼光谱的特征峰的峰高与拉曼光谱的280nm波长位置对应的峰高之间的比值大于或等于3.5。，下面是基于碳纳米管的红外传感器和单壁碳纳米管膜专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于碳纳米管的红外传感器（100），其特征在于，所述红外传感器（100）包括：硅基板（110）；

介电层（120），所述介电层（120）的下表面与所述硅基板（110）的上表面接触；

正电极（130）和负电极（140），所述正电极（130）和所述负电极（140）之间具有间距，且所述正电极（130）的下表面和所述负电极（140）的下表面分别与所述介电层（120）的上表面接触，所述介电层（120）的下表面与所述介电层（120）的上表面相背离；

单壁碳纳米管SWNT膜（150），所述SWNT膜（150）的第一端与所述正电极（130）的上表面接触，所述SWNT膜（150）的第二端与所述负电极（140）的上表面接触，所述第一端与所述第二端是相对的，其中，所述正电极（130）的上表面与所述正电极（130）的下表面相背离，所述负电极（140）的上表面与所述负电极（140）的下表面相背离；

其中，所述SWNT膜（150）的拉曼光谱的特征峰的峰高与拉曼光谱的280nm波长位置对应的峰高之间的比值大于或等于3.5。

2.根据权利要求1所述的红外传感器（100），其特征在于，所述SWNT膜（150）包括多个SWNT（151），所述多个SWNT（151）呈取向化排列，所述取向为从所述第一端到所述第二端的方向。

3.根据权利要求1或2所述的红外传感器（100），其特征在于，所述SWNT膜（150）的厚度大于或等于0.01微米且小于或等于1微米；和/或所述SWNT膜（150）的宽度大于或等于0.5微米且小于或等于10微米；和/或所述SWNT膜（150）的长度大于或等于0.5微米且小于或等于10微米；和/或所述SWNT膜（150）包括的SWNT（151）的数量大于或等于3500根且小于或等于700000根。

4.根据权利要求1至3任一项所述的红外传感器（100），其特征在于，所述SWNT膜（150）的厚度为0.1微米；和/或所述SWNT膜（150）的宽度为1微米；和/或

所述SWNT膜（150）的长度为1微米；和/或

所述SWNT膜（150）包括的SWNT的数量等于7000根。

5.一种基于碳纳米管的红外传感器（100），其特征在于，所述红外传感器（100）包括：硅基板（110）；

介电层（120），所述介电层（120）的下表面与所述硅基板（110）的上表面接触；

其中，所述SWNT膜（150）包括多个SWNT（151），所述多个SWNT（151）呈取向化排列，所述取向为从所述第一端到所述第二端的方向。

6.根据权利要求5所述的红外传感器（100），其特征在于，

所述多个SWNT（151）包括至少一个第一SWNT，所述第一SWNT的一端与所述正电极的上表面接触，另一端与所述负电极的上表面接触。

7.根据权利要求5或6所述的红外传感器（100），其特征在于，

所述SWNT膜（150）的厚度大于或等于0.01微米且小于或等于1微米；和/或所述SWNT膜（150）的宽度大于或等于0.5微米且小于或等于10微米；和/或所述SWNT膜（150）的长度大于或等于0.5微米且小于或等于10微米；和/或所述SWNT膜（150）包括的SWNT（151）的数量大于或等于3500根且小于或等于700000根。

8.根据权利要求7所述的红外传感器（100），其特征在于，

所述SWNT膜（150）的厚度为0.1微米；和/或

所述SWNT膜（150）的宽度为1微米；和/或

所述SWNT膜（150）的长度为1微米；和/或

所述SWNT膜（150）包括的SWNT的数量等于7000根。

9.一种单壁碳纳米管SWNT膜，其特征在于，所述SWNT膜的拉曼图谱的特征峰的峰高与所述拉曼图谱的280nm波长位置对应的峰高之间的比值大于或等于3.5，且所述SWNT膜包括多个SWNT呈取向化排列。

10.一种处理单壁碳纳米管SWNT的方法，其特征在于，所述方法包括：对SWNT进行去除无定型碳处理，得到提纯后的SWNT，所述提纯后的SWNT的拉曼图谱的特征峰的峰高与所述拉曼图谱的280nm波长位置对应的峰高之间的比值的大于或等于3.5；

对所述提纯后的SWNT进行取向化处理，得到呈取向化排列的SWNT。

说明书全文

基于碳纳米管的红外传感器和单壁碳纳米管膜

技术领域

[0001] 本申请涉及碳纳米管技术领域，并且更具体地，涉及基于碳纳米管的红外传感器和单壁碳纳米管膜。

背景技术

[0002] 碳纳米管是一种特殊的量子材料，受到了人们极大的关注。近年来，随着碳纳米管研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。例如，碳纳米管对近红外波段(0.75–1.4微米(micron，μm))和远红外波段(–1000μm)都有高吸收灵敏度，因此，将碳纳米管应用于红外传感器成为红外传感器的研究方向之一。

[0003] 然而，现有技术中基于碳纳米管制备的红外传感器并不能获得较高的红外检测效率。因此，如何提高基于碳纳米管的红外传感器的红外检测效率，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

[0004] 本申请提供一种基于碳纳米管的红外传感器和单壁碳纳米管膜，该红外传感器具有较高的红外检测效率。

[0005] 第一方面，提供一种基于碳纳米管的红外传感器，该红外传感器包括：硅基板；介电层，所述介电层的下表面与所述硅基板的上表面接触；正电极和负电极，所述正电极和所述负电极之间具有间距，且所述正电极的下表面和所述负电极的下表面分别与所述介电层的上表面接触，所述介电层的下表面与所述介电层的上表面相背离；单壁碳纳米管SWNT膜，所述SWNT膜的第一端与所述正电极的上表面接触，所述SWNT膜的第二端与所述负电极的上表面接触，所述第一端与所述第二端是相对的，其中，所述正电极的上表面与所述正电极的下表面相背离，所述负电极的上表面与所述负电极的下表面相背离；其中，所述SWNT膜的拉曼光谱的特征峰的峰高与拉曼光谱的280nm波长位置对应的峰高之间的比值大于或等于3.5。

[0006] 本申请实施例的红外传感器包括的SWNT膜的纯度较高，以使基于该SWNT膜的红外传感器具有较高的红外检测效率。

[0007] 在一种可能的实现方式中，所述SWNT膜包括多个SWNT，所述多个SWNT呈取向化排列，所述取向为从所述第一端到所述第二端的方向。

[0008] 本申请实施例的红外传感器包括的SWNT膜不仅具有较高的纯度，进一步地，该SWNT膜包括的多个SWNT呈取向化排列，以使基于该SWNT膜的红外传感器具有更高的红外检测效率。

[0009] 第二方面，提供一种基于碳纳米管的红外传感器，该红外传感器包括：硅基板；介电层，所述介电层的下表面与所述硅基板的上表面接触；正电极和负电极，所述正电极和所述负电极之间具有间距，且所述正电极的下表面和所述负电极的下表面分别与所述介电层的上表面接触，所述介电层的下表面与所述介电层的上表面相背离；单壁碳纳米管SWNT膜，所述SWNT膜的第一端与所述正电极的上表面接触，所述SWNT膜的第二端与所述负电极的上表面接触，所述第一端与所述第二端是相对的，其中，所述正电极的上表面与所述正电极的下表面相背离，所述负电极的上表面与所述负电极的下表面相背离；其中，所述SWNT膜包括多个SWNT，所述多个SWNT呈取向化排列，所述取向为从所述第一端到所述第二端的方向。

[0010] 本申请实施例的红外传感器包括SWNT膜，该SWNT膜包括的多个SWNT呈取向化排列，以使基于该SWNT膜的红外传感器具有更高的红外检测效率。

[0011] 结合上述任一方面或上述任一方面中任一种可能的实现方式中，所述SWNT膜的厚度大于或等于0.01微米且小于或等于1微米；和/或所述SWNT膜的宽度大于或等于0.5微米且小于或等于10微米；和/或所述SWNT膜的长度大于或等于0.5微米且小于或等于10微米；和/或所述SWNT膜包括的SWNT的数量大于或等于3500根且小于或等于700000根。

[0012] 结合上述任一方面或上述任一方面中任一种可能的实现方式中，所述SWNT膜的厚度为0.1微米；和/或所述SWNT膜的宽度为1微米；和/或所述SWNT膜的长度为1微米；和/或所述SWNT膜包括的SWNT的数量等于7000根。

[0013] 结合上述任一方面或上述任一方面中任一种可能的实现方式中，所述多个SWNT包括至少一个第一SWNT，所述第一SWNT的一端与所述正电极的上表面接触，另一端与所述负电极的上表面接触。

[0014] 结合上述任一方面或上述任一方面中任一种可能的实现方式中，所述多个SWNT还包括至少一个第二SWNT，所述第二SWNT的一端与其他第二SWNT的外表面或所述第一SWNT的外表面接触。

[0015] 结合上述任一方面或上述任一方面中任一种可能的实现方式中，所述第二SWNT的另一端也与其他第二SWNT的外表面或所述第一SWNT的外表面接触；或所述第二SWNT的另一端与所述正电极的上表面或所述负电极的上表面接触。

[0016] 可选地，结合上述任一方面或上述任一方面中任一种可能的实现方式中，所述SWNT膜为经过去除无定形碳处理得到的SWNT膜。

[0017] 可选地，结合上述任一方面或上述任一方面中任一种可能的实现方式中，所述SWNT膜为经过取向化处理得到的SWNT膜。

[0018] 可选地，结合上述任一方面或上述任一方面中任一种可能的实现方式中，所述SWNT膜为先经过去除无定型碳处理再经过取向化处理得到的SWNT膜。

[0019] 可选地，结合上述任一方面或上述任一方面中任一种可能的实现方式中，所述去除无定形碳处理包括凝胶色谱分离技术。

[0020] 可选地，结合上述任一方面或上述任一方面中任一种可能的实现方式中，所述取向化处理包括晶向模板法、电泳法或磁场取向法。

[0021] 第三方面，提供一种单壁碳纳米管SWNT膜，所述SWNT膜的拉曼图谱的特征峰的峰高与所述拉曼图谱的280nm波长位置对应的峰高之间的比值大于或等于3.5，且所述SWNT膜包括多个SWNT呈取向化排列。

[0022] 第四方面，提供一种处理单壁碳纳米管SWNT的方法，对SWNT进行去除无定型碳处理，得到提纯后的SWNT，所述提纯后的SWNT的拉曼图谱的特征峰S11波长位置与拉曼图谱的280nm波长位置的峰高比大于或等于3.5；对所述提纯后的SWNT进行取向化处理，得到呈取向化排列的SWNT。

[0023] 可选地，在一种可能的实现方式中，所述对SWNT进行去除无定型碳处理，包括：通过凝胶色谱分离技术对SWNT进行去除无定型碳处理。

[0024] 可选地，在一种可能的实现方式中，所述对所述提纯后的SWNT进行取向化处理，包括：通过晶向模板法、电泳法或磁场取向法对所述提纯后的SWNT进行取向化处理。

[0025] 本申请实施例的红外传感单元包括SWNT膜，该SWNT膜具有较高纯度或该SWNT膜包括的SWNT呈取向化排列，以使基于该SWNT膜的红外传感单元具有较高的红外检测效率。进一步地，若该SWTN膜具有较高的纯度且该SWNT膜包括的SWNT呈取向化排列，基于该SWNT膜的红外传感单元具有更高的红外检测效率。

附图说明

[0026] 图1是根据本申请实施例的基于碳纳米管的红外传感器的一例的示意图。

[0027] 图2是常规SWNT膜与第一SWNT膜的透射电镜图。

[0028] 图3是SWNT膜的纯度与ΔR/R之间关系的示意图。

[0029] 图4是根据本申请实施例的SWNT膜包括的SWNT的一例的示意性图。

[0030] 图5是根据本申请实施例的第二SWNT膜的扫描电子显微镜图。

[0031] 图6是SWNT之间的夹角与拉曼强度之间关系的示意图。

[0032] 图7是本申请实施例的红外传感器的通电时间与电阻之间关系的示意图。

[0033] 图8是SWNT膜的尺寸与红外传感器的性能参数之间关系的示意图。

[0034] 图9是根据本申请实施例的用于处理SWNT的方法的一例的示意性流程图。

具体实施方式

[0035] 下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

[0036] 应理解，本申请实施例中的方式、情况以及类别的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种方式、类别以及情况中的特征在不矛盾的情况下可以相结合。

[0037] 还应理解，申请实施例中的“第一”、“第二”以及“第三”仅为了区分，不应对本申请构成任何限定。

[0038] 图1是根据本申请实施例的基于碳纳米管的红外传感器的一例的示意图。如图1所示，红外传感器100可以包括硅基板110、介电层120、正电极130、负电极140和单壁碳纳米管(single-walled nanotubes,SWNT)膜150。

[0039] 具体的，所述介电层120覆盖于所述硅基板110上表面。或者说，所述介电层120的下表面与所述硅基板110的上表面接触。需要说明的是，如图1所示，介电层120的下表面朝向硅基板110的上表面，或者说，介电层120的下表面和硅基板110的上表面是相对的。

[0040] 所述正电极130和所述负电极140之间具有间距，且正电极130的下表面和负电极140的下表面分别与所述介电层120上表面接触。其中，所述介电层120的下表面与所述介电层120的上表面相背离。所述正电极130的上表面与所述正电极130的下表面相背离，所述负电极140的上表面与所述负电极140的下表面相背离。

[0041] 需要说明的是，如图1所示，正电极130的下表面和负电极140的下表面均面朝介电层120的上表面，或，正电极130的下表面和负电极140的下表面均与介电层120的上表面相对。应当知道的是，介电层120的上表面与介电层120的下表面是相背离的。

[0042] 可选的，正电极130的靠近负电极140的边和负电极140靠近正电极130的边是相互平行的。

[0043] 可选的，正电极130和负电极140均为矩形，且正电极130的靠近负电极140的边和负电极140靠近正电极130的边是相互平行的。

[0044] 进一步地，所述SWNT膜150的第一端与所述正电极130的上表面接触，所述SWNT膜150的第二端与所述负电极140的上表面接触。其中，该第一端与该第二端是相对的。

[0045] 参见附图1，可知，SWNT膜150呈薄片状。肉眼看起来，SWNT膜150是很薄的。但应当知道的，SWNT膜150的厚度值(或者高度值)是大于零的。

[0046] 本申请实施例的红外传感器100包括的单壁碳纳米管(single wall nanotube，SWNT)膜150可以包括以下几种情况中的任一种。

[0047] 情况#1

[0048] 作为可选地一例，在本申请实施例中，所述SWNT膜150的拉曼图谱的特征峰的峰高与拉曼图谱的280纳米(nanometer，nm)波长位置对应的峰高之间的比值大于或等于3.5。

[0049] 为了便于说明，可以将“拉曼图谱的特征峰的峰高与拉曼图谱的280纳米波长位置对应的峰高之间的比值”记为“S11/@280nm”

[0050] S11/@280nm可以用来衡量SWNT的纯度。若S11/@280nm大于(或等于)3.5说明该SWNT膜150几乎没有无定型碳，也就是说，该SWNT膜150的纯度较高。

[0051] 为了便于说明，可以将S11/@280nm大于3.5(大于或等于3.5)的SWNT膜150记为“第一SWNT膜”。

[0052] 可选地，本申请实施例的第一SWNT膜为经过去除无定形碳处理得到的SWNT膜，可选地，所述去除无定形碳处理包括凝胶色谱分离技术。

[0053] 图2是常规SWNT膜与第一SWNT膜的透射电镜图。如图2所示，常规SWNT膜中SWNT的外壁含有大量无定型碳层。第一SWNT膜中SWNT的外壁几乎没有无定型碳层，纯度更高。

[0054] 热辐射特性可以用于表征红外检测灵敏度，SWNT膜的热辐射特性越好，基于SWNT膜的红外传感器的红外检测效率越高。

[0055] 进一步地，热辐射特性可以通过ΔR/R的绝对值进行表征。也就是说，SWNT膜对应的ΔR/R的绝对值越大，表示该SWNT膜的热辐射特性越好。其中，ΔR为红外信号收集前SWNT膜的阻值与红外信号收集后SWNT膜的阻值之间的阻值差，R为红外信号收集前SWNT膜的阻值(也可以认为是SWNT膜的原始阻值)。

[0056] 经实验发现，SWNT膜的纯度会影响SWNT膜对应的ΔR/R的绝对值。

[0057] 图3是SWNT膜的纯度与ΔR/R之间关系的示意图。如图3所示，第一SWNT膜的ΔR/R的绝对值比常规SWNT膜的ΔR/R值大，这意味着第一SWNT膜的热辐射特性高于常规SWNT膜的热辐射特性。

[0058] 与常规SWNT膜相比，第一SWNT膜的ΔR/R的值较高，第一SWNT膜的热辐射特性较好，使得基于该第一SWNT膜的红外传感器100具有较高的红外检测效率。

[0059] 也就是说，在本申请实施例中，可以通过将高纯度的SWNT膜150应用于红外传感器100中，以获得具有较高红外检测效率的红外传感器100。

[0060] 情况#2

[0061] 作为可选地一例，在本申请实施例中，所述SWNT膜150包括多个SWNT151。所述多个SWNT151呈取向化排列，所述取向为从所述第一端到所述第二端的方向。

[0062] 应理解，位于SWNT膜内的多个SWNT151之间通过范德华力连接。多个SWNT151呈取向化排列可以理解为：多个SWNT151从整体上看具有方向性。也就是说，多个SWNT151呈取向化排列可以认为多个SWNT近似平行。

[0063] 图4是根据本申请实施例的SWNT膜包括的SWNT的一例的示意性图。如图4所示，多个SWNT151呈取向化排列可以近似认为：多个SWNT151中的每一个SWNT151的延伸方向(或长度方向)均是相同的。

[0064] 可选地，沿每一个SWNT151的延伸方向(或长度方向)，每一个SWNT151的一端与正电极的上表面接触，另一端与负电极的上表面接触，所述多个SWNT151呈取向化排列，所述第一端为所述SWNT膜150沿所述多个SWNT151取向的一端，所述第二端为所述SWNT膜150沿所述多个SWNT151取向的另一端。可选地，所述多个SWNT151包括至少一个第一SWNT，所述第一SWNT的一端与所述正电极的上表面接触，另一端与所述负电极的上表面接触。

[0065] 可选地，所述多个SWNT还包括至少一个第二SWNT，所述第二SWNT的一端与其他第二SWNT的外表面或所述第一SWNT的外表面接触。

[0066] 可选地，所述第二SWNT的另一端也与其他第二SWNT的外表面或所述第一SWNT的外表面接触；或所述第二SWNT的另一端与所述正电极的上表面或所述负电极的上表面接触。

[0067] 为了便于说明，可以将包括呈取向排列的多个SWNT151的SWNT膜150记为“第二SWNT膜”。

[0068] 可选地，本申请实施例的第二SWNT膜为经过取向化处理得到的SWNT膜。可选地，所述取向化处理包括晶向模板法、电泳法或磁场取向法。

[0069] 图5是根据本申请实施例的第二SWNT膜的扫描电子显微镜图。如图2所示，该第二SWNT膜包括的多个SWNT从整体上看具有方向性，也就是说该多个SWNT151呈取向化排列。

[0070] 拉曼强度可以用于表征红外检测灵敏，SWNT膜对应的拉曼强度越高，基于SWNT膜的红外传感器的红外检测灵敏度越高，红外传感器的红外检测灵敏度越高，红外传感器的红外检测效率越高。

[0071] 经实验发现，SWNT膜中SWNT之间的夹角的大小会影响SWNT膜的拉曼强度。

[0072] 应理解，SWNT膜包括多个SWNT，该多个SWNT中任意两个SWNT之间具有夹角，也就是说，该多个SWNT对应多个夹角。

[0073] 作为可选地一例，该SWNT膜中SWNT之间的夹角可以等于该SWNT膜中多个SWNT对应的多个夹角的平均值或多个SWNT对应的多个夹角出现概率最高的夹角。

[0074] 例如，多个SWNT对应的夹角包括10度、10度、10度、15度以及20度，该多个SWNT之间的夹角等于(10+10+10+15+20)/5＝13度。

[0075] 又例如，例如，多个SWNT对应的夹角包括10度、10度、10度、15度以及20度，该SWNT之间的夹角等于10度。

[0076] 应理解，该SWNT之间的夹角的具体通过何种方式获取本申请实施例不在此限定。

[0077] 图6是SWNT之间的夹角与拉曼强度之间关系的示意图。该SWNT夹角越趋近于0，SWNT对应的拉曼强度越高。例如，如图6所示，该夹角为90度或-90度时，拉曼强度为1，该夹角为45或-45度时，拉曼强度为8.2，该夹角为10或-10度时，拉曼强度为13.7。

[0078] SWNT膜中SWNT之间夹角越趋近于0，该SWNT膜对应的拉曼强度越高，可以认为基于该SWNT膜的红外传感器的红外检测灵敏度越高。应理解，红外传感器的红外检测灵敏度越高，该红外传感器的检测效率越高。

[0079] 与常规SWNT膜相比，第二SWNT膜包括的多个SWNT151呈取向化排列。也就是说，第二SWNT膜包括的多个SWNT151之间的夹角趋近于0度，从而该第二SWNT膜对应的拉曼强度较高，基于该第二SWNT膜的红外传感器100具有较高的红外检测效率。

[0080] 也就是说，在本申请实施例中，可以通过将具有取向特性的SWNT膜150(即包括多个SWNT呈取向化排列的SWNT膜150)应用于红外传感器100中，以获得具有较高红外检测效率的红外传感器100。

[0081] 情况#3

[0082] 作为可选地一例，在本申请实施例中，所述SWNT膜150包括多个SWNT151，所述多个SWNT151呈取向化排列，所述取向为从所述第一端到所述第二端的方向。且所述SWNT膜150的S11/@280nm大于3.5(大于或等于3.5)。

[0083] 为了便于说明，可以将该具有高纯度以及取向化的特性的SWNT膜150记为第三SWNT膜。也就是说，该第三SWNT膜同时具有高纯度以及取向化的特性。

[0084] 可选地，所述第三SWNT膜为先经过去除无定型碳处理再经过取向化处理得到的SWNT膜。

[0085] 相较于基于第一SWNT膜的红外传感器以及基于第二SWNT膜的红外传感器，基于第三SWNT膜的红外传感器具更高的红外检测灵敏度，具有更高的红外检测效率。

[0086] 也就是说，在本申请实施例中，可以通过将高纯度且具有取向特性的SWNT膜150应用于红外传感器100中，以获得具有较高红外检测效率的红外传感器100。

[0087] 图7是基于第三SWNT膜的红外传感器的通电时间与电阻之间关系的示意图。在室温为30摄氏度左右的环境下，在正电极130以及负电极140之间检测取决于温度变化的电流信号。在图7中，波峰可以表示红外传感器处于开启状态，波谷可以表示红外传感器处于关闭状态。如图7所示，在电流信号对应的温度接近室温时，红外传感器的开启时的电阻与红外传感器关闭时的电阻之间的差值明显，可以说明，本申请实施例的红外传感器100能够高效地对温差较小的物体进行检测，该红外传感器具有较高的红外检测灵敏度。

[0088] 经测量，本申请实施例的红外传感器100的测温精度可以达到0.1摄氏度，响应速度可以达到25毫秒(millisecond，ms)，功耗为200毫瓦(milliWatt，mW)。

[0089] 本申请实施例的红外传感器110可以包括以上三种情况中的任一种，以使本申请实施例的红外传感器110具有较高的红外检测效率。进一步地，该红外传感器100具有较高的分辨率，该红外传感器100的像素(pixel)尺寸可以达到5um*5um。该红外传感器100具有较宽的可检测波段700nm～1400nm～3500nm。该红外传感器100具有较高红外检测效率以及较高的测温精度。例如，该红外传感器100的测温精度可达0.1摄氏度；该红外传感器100的成本低，该红外传感器100可以与互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)工艺兼容，无需采用化学气象沉积(chemical vapor deposition，CVD)工艺。

[0090] 进一步地，SWNT膜的尺寸(SWNT膜形成的导电通道的尺寸)对红外传感器的红外检测效率也存在影响。

[0091] 具体地，SWNT膜的尺寸与红外传感器性能的相关性来自于SWNT膜的热容与温度差的关系。SWNT膜的热容与温度差的关系满足：

[0092] ΔT＝Q/C

[0093] 其中，ΔT为SWNT膜与待测物体接触前SWNT膜的温度与SWNT膜与待测物体接触时SWNT膜的温度。Q为红外传感器吸收的待测物体的热能，C为红外传感器中SWNT膜的热容。SWNT膜的体积越小，C越小。在Q值一定的情况下，C越小，ΔT越大。ΔT越大意味着基于该SWNT膜的红外传感器的灵敏度越高，红外传感器的响应速度越快。基于此，SWNT膜的尺寸会影响红外传感器的性能。

[0094] 图8是SWNT膜的尺寸与红外传感器的性能参数之间的关系的示意图。

[0095] 如图8所示，该SWNT膜的厚度(高度)与ΔR/R的值负相关，即SWNT膜的厚度越小该ΔR/R的值越大，意味着辐射热灵敏度越好。

[0096] 作为可选地一例，所述SWNT膜150的厚度大于或等于0.01微米(micron，um)且小于或等于1um。可选地，该SWNT膜150的厚度为0.1um。

[0097] 如图8所示，SWNT膜的面积与响应速度正相关，即SWNT膜的面积越小响应速度越快。

[0098] 进一步地，SWNT膜的长度与正负电极之间的距离相关。该正负电极之间的距离与产品的设置相关。也就是说，可以认为SWNT膜的长度是固定的。基于此，SWNT膜的宽度越小，SWNT膜的面积越小，基于SWNT膜的红外传感器的响应速度越快。

[0099] 作为可选地一例，所述SWNT膜150的宽度大于或等于0.5um且小于或等于10um。可选地，该SWNT膜150的宽度为1um。

[0100] 作为可选地一例，所述SWNT膜150的长度大于或等于0.5um且小于或等于10um。可选地，所述SWNT膜150的长度为1um。

[0101] 作为可选地一例，所述SWNT膜150的包括的SWNT的数量大于或等于3500根且小于或等于700000根。可选地，所述SWNT膜150包括的SWNT的数量等于7000根。

[0102] 以上描述了根据本申请实施例的红外传感器，以下，描述根据本申请实施例的SWNT膜。

[0103] 本申请实施例的SWNT膜的S11/@280nm比大于3.5(大于或等于3.5)，且所述SWNT膜包括的多个SWNT呈取向化排列。

[0104] 也就是说，本申请实施例的SWNT膜的纯度较高，且本申请实施例的SWNT膜包括的SWNT呈取向化排列。

[0105] 需要说明的是，本申请实施例的SWNT膜可以应用于上文中的红外传感器中，还可以应用于晶体管以及高灵敏温度传感器等器件中。

[0106] 以下，描述本申请实施例的处理SWNT的方法，通过该方法可以得到本申请实施例的SWNT膜。

[0107] 图9是根据本申请实施例的用于处理SWNT的方法的一例的示意性流程图。如图9所示，该方法200可以包括：

[0108] 210、对SWNT进行去除无定型碳处理，得到提纯后的SWNT，所述提纯后的SWNT的S11/@280nm大于3.5(大于或等于3.5)。

[0109] 具体地，SWNT原材料包括金属型碳纳米管、半导体型碳纳米管以及碳杂质(该碳杂质包括SWNT中的非定型碳)。需要将该SWNT原材料包括的碳杂质去除。

[0110] 作为可选地一例，可以通过凝胶色谱分离技术对多个SWNT进行去除无定型碳处理，得到提纯后的SWNT。

[0111] 可选地，该210具体可以包括：

[0112] a、获取待提纯SWNT溶液。

[0113] 例如，可以将x毫克(milligram，mg)(可选地，x＝33)SWNT分散到y毫升(milliliter，ml)(可选地，y＝x)的质量百分浓度为m1(可选地，m1＝1％)的胆酸钠(Sodium cholate hydrate，SC)溶液中。然后使用超声波仪将该溶液均化T1时长(可选地，T1＝3小时)。然后，通过超速离心T2时长(可选地，T2＝1小时)获得上清液，该上清液为待提纯SWNT溶液。

[0114] b、对待提纯SWNT溶液进行多次凝胶色谱分离，获取S11/@280nm大于3.5(大于或等于3.5)的SWNT溶液。

[0115] 其中，对待提纯SWNT溶液进行凝胶色谱分离所使用的溶液可以包括十二烷基硫酸钠(Sodium dodecyl sulfate，SDS)溶液和SC溶液。对该待提纯SWNT溶液进行凝胶色谱分离所使用的溶液还可以包括脱氧胆酸钠盐(Deoxy-Cholate Sodium salt，DOC)溶液。

[0116] 作为可选地一例，该b可以包括：

[0117] 使用第一溶液对待提纯SWNT溶液进行凝胶层析，获取第一SWNT溶液。其中，该第一溶液可以包括质量百分浓度为m1(SDS)(可选地，m1(SDS)＝2％)SDS溶液以及质量百分浓度为m1(SC)(可选地，m1(SC)＝0.5％)的SC溶液。测量第一SWNT溶液的S11/@280nm。

[0118] 使用第二溶液对该第一SWNT溶液进行凝胶层析，获取第二SWNT溶液。其中，该第二溶液可以包括质量百分浓度为m2(SDS)(可选地，m2(SDS)＝0.5％)的SDS溶液以及质量百分浓度为m2(SC)(可选地，m2(SC)＝0.5％)的SC溶液。测量第二SWNT溶液的S11/@280nm。

[0119] 使用第三溶液对该第二SWNT溶液进行凝胶层析，获取第三SWNT溶液。其中，该第三溶液可以包括质量百分浓度为m3(SDS)(可选地，m3(SDS)＝0.5％)的SDS溶液、质量百分浓度为m3(SC)(可选地，m3(SC)＝0.5％)的SC溶液以及质量百分浓度为m3(DOC)(可选地，m3(DOC)＝0.025％)的DOC溶液。测量第三SWNT溶液的S11/@280nm。

[0120] 使用第四溶液对该第三SWNT溶液进行凝胶层析，获取第四SWNT溶液。其中，该第四溶液可以包括质量百分浓度为m4(SDS)(可选地，m4(SDS)＝0.5％)的SDS溶液、质量百分浓度为m4(SC)(可选地，m4(SC)＝0.35％)的SC溶液以及质量百分浓度为m4(DOC)(可选地，m4(DOC)＝0.030％)的DOC溶液。测量第四SWNT溶液的S11/@280nm。

[0121] 使用第五溶液对该第四SWNT溶液进行凝胶层析，获取第四SWNT溶液。其中，该第四溶液可以包括质量百分浓度为m5(SDS)(可选地，m5(SDS)＝0.5％)的SDS溶液、质量百分浓度为m5(SC)(可选地，m5(SC)＝0.5％)的SC溶液以及质量百分浓度为m5(DOC)(可选地，m5(DOC)＝0.040％)的DOC溶液。测量第五SWNT溶液的S11/@280nm。

[0122] 经测量，确定第四SWNT溶液的S11/@280nm最大。若第四SWNT溶液的S11/@280nm大于3.5(大于或等于3.5)，将该第四SWNT溶液中的SC溶液去除得到提纯后的SWNT溶液。若该最大S11/@280nm小于3.5(小于或等于3.5)，使用上述方法对该第四SWNT溶液进行多次凝胶层析，直到获取S11/@280nm大于3.5(大于或等于3.5)的SWNT溶液，并基于S11/@280nm大于3.5(大于或等于3.5)的SWNT溶液获取提纯后的SWNT溶液。

[0123] 220、对所述提纯后的SWNT进行取向化处理，得到呈取向化排列的SWNT。

[0124] 作为可选地一例，可以通过晶向模板法、电泳法或磁场取向法对所述提纯后的SWNT进行取向化处理，得到取向的SWNT。

[0125] 以晶向模板法为例，该220具体可以包括：

[0126] 通过重结晶法制备DOC的晶体。将kml(可选地，k＝2)质量百分浓度为m(DOC)(可选地，m(DOC)＝1％)的DOC溶液在小瓶中在培养箱中加热至W1(可选地，W1＝100)摄氏度，并保存T3时长(可选地，T3＝20小时)。然后，在溶液中形成DOC的针状晶体。将DOC的针状晶体(可选地，该针状晶体为100μm-1mm长，1um-2um宽)放置在基底上(可选地，该基底可以为(厚度为100nm的)二氧化硅(SiO2)或硅(Si))，并将上述提纯后的SWNT溶液在W2(可选地，W2＝10℃)摄氏度下分散到晶体上。随后，在溶剂蒸发期间，SWNT自组装在晶体的表面上。在蒸发步骤之后，通过将晶体浸泡在丙酮溶液中T4时长(可选地，T4＝20小时)小时来去除DOC，仅留下其中SWNT厚度且密集地排列在基底上的针状组件，并可以得到SWNT膜，该SWNT膜的S11/@
280nm大于3.5(大于或等于3.5)，且该SWNT膜包括的多个SWNT呈取向化排列。

[0127] 基于本申请实施例的方法200能够得到高纯度、取向化的SWNT膜，该SWNT膜可以应用于红外传感器、晶体管以及温度传感器等器件中，以用于获取高性能的器件。

[0128] 需要说明的是，本申请实施例的“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0129] 还需要说明的是，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0130] 在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0131] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

标题	发布/更新时间	阅读量
纳米管膜-专利编号CN104944404B	2020-05-11	742
纳米管膜-专利编号CN104944404A	2020-05-12	497
硅纳米管MOSFET-专利编号CN103392234A	2020-05-13	544
碳纳米管应用于地暖电热膜上的方法-专利编号CN104918341A	2020-05-11	401
碳纳米管-专利编号CN105658573A	2020-05-11	519
PT纳米管-专利编号CN103490077B	2020-05-11	921
PT纳米管-专利编号CN103490077A	2020-05-12	777
碳纳米管膜-专利编号CN101734646B	2020-05-13	1029
一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料-专利编号CN107163573A	2020-05-13	928
一种埃洛石纳米管与聚苯胺复合吸油材料-专利编号CN107163573B	2020-05-12	900

基于碳纳米管的红外传感器和单壁碳纳米管膜

基于碳纳米管的红外传感器和单壁碳纳米管膜

技术领域

背景技术

发明内容

附图说明

具体实施方式

IPRDB

热门服务

关于我们

友情链接

联系方式