專利名稱：一種二氧化錫基納米棒氣敏材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及借助于測(cè)定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來(lái)測(cè)試或分析材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是涉及一種電子元件材料，特別是涉及一種二氧化錫(SnO2)基納米棒氣敏材料及制備方法。
背景技術(shù)：
由于二氧化錫基納米材料具有良好的氣敏特性，所以廣泛用于氣敏傳感器制造業(yè)。為了改良這類傳感器的靈敏度和選擇性、響應(yīng)速度以及恢復(fù)時(shí)間，目前業(yè)內(nèi)研究者所做的研究工作主要在于以下幾個(gè)方面①使材料顆粒盡可能細(xì)，最好制成納米材料，增大單位比表面積，提高靈敏度；②將氣敏材料制成薄膜，以便增大與氣體的接觸面積，提高靈敏度；③摻入貴金屬元素或稀土元素，進(jìn)一步提高材料的靈敏度和選擇性。這些方法盡管能有效地改善了二氧化錫基材料的氣敏特性，但也存在著工藝復(fù)雜，微結(jié)構(gòu)不易控制和成本較高等問(wèn)題。為了進(jìn)一步改良二氧化錫基納米氣敏材料的氣敏特性，本發(fā)明者于2004年11月5日向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局遞交了一份關(guān)于“新型二氧化錫基納米氣敏材料及制備方法”(申請(qǐng)?zhí)枮?00410052061.9)的發(fā)明專利申請(qǐng)。該專利申請(qǐng)的主要技術(shù)特征是在制得的二氧化錫基納米粉體中摻入碳納米管并分散均勻，從而使二氧化錫基納米氣敏材料的微結(jié)構(gòu)得到較好地調(diào)整，靈敏度也有顯著的提高。發(fā)明者在對(duì)所述的新型二氧化錫基納米氣敏材料以及其它方法制備的二氧化錫基納米氣敏材料進(jìn)行深入研究發(fā)現(xiàn)，其微觀結(jié)構(gòu)都是由接近于球形的晶?；ハ噙B接組成的(參見(jiàn)圖1)，由于球形晶粒的大小不一，導(dǎo)致所生產(chǎn)的多孔陶瓷含有大量封閉氣孔，因而制約了其氣敏特性的進(jìn)一步改善，尤其是靈敏度K值的進(jìn)一步提升。
隨著納米技術(shù)的發(fā)展，目前關(guān)于棒狀晶粒生長(zhǎng)的納米材料的制備和機(jī)理研究更成為熱點(diǎn)，已有報(bào)道采用納米碳管及多孔氧化鋁模板法、溶液—液相—固相(SLS)生長(zhǎng)法、非水溶劑熱合成、激光燒蝕與氣—液—固(VLS)結(jié)合生長(zhǎng)法等生產(chǎn)出各種納米棒，但尚未見(jiàn)到有關(guān)納米棒氣敏材料的報(bào)道。中國(guó)科技信息網(wǎng)2004年1月13日發(fā)布一條消息，新加坡的國(guó)立新加坡大學(xué)(The National University of Singapore)成功制備出二氧化錫(SnO2)納米棒，但該納米棒也只適用于作鋰離子充電電池負(fù)極材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種二氧化錫基納米棒氣敏材料，使用它制成電阻性氣敏傳感器靈敏度高。
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述二氧化錫基納米棒氣敏材料的制備方法。
本發(fā)明的二氧化錫基納米棒氣敏材料按凈值摩爾(份)配比由以下組分組成四氯化錫(SnCl4·5H2O) 1尿素(H2NCONH2) 1.5～3硝酸鉍(Bi(NO3)3)0.08～0.12上述二氧化錫基納米棒氣敏材料按凈值摩爾(份)優(yōu)選配比是四氯化錫(SnCl4·5H2O) 1尿素(H2NCONH2) 1.5硝酸鉍(Bi(NO3)3)0.08制備本發(fā)明的二氧化錫基納米棒氣敏材料的方法由下列步驟組成
A)將四氯化錫與尿素按上述比例混合，加蒸餾水配成混合溶液，在80℃～95℃水浴中攪拌保溫，得到乳狀沉淀物；B)將硝酸鉍溶于稀硝酸，邊攪拌邊滴加氨水，直至形成乳狀沉淀；C)將步驟A和B所得兩種沉淀物相混合，用去離子水反復(fù)洗滌，然后放入干燥箱內(nèi)干燥；D)將干燥后的顆粒研磨后，用干粉壓機(jī)壓成片狀，在800～850℃退火處理1～3小時(shí)，制得二氧化錫納米棒粉體。
上述本發(fā)明二氧化錫基納米棒氣敏材料制備方法其中步驟D)的最佳退火溫度是820℃。
由于本發(fā)明在原料中添加了硝酸鉍(Bi(NO)3)，并在800～850℃的高溫下退火處理，使硝酸鉍可分解成三氧化二鉍(Bi2O3)。在此過(guò)程中，一方面Bi2O3在燒結(jié)過(guò)程中充分熔化形成液相，促使SnO2晶粒異向生長(zhǎng)，形成棒狀晶粒，另一方面Bi2O3作為摻雜物存在于氣敏粉體中，可提高對(duì)碳?xì)漕悮怏w的靈敏度。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，特別是使用它制成電阻性氣敏傳感器的靈敏度高達(dá)29.2。


圖1為本申請(qǐng)人在先申請(qǐng)的“新型二氧化錫基納米氣敏材料”在電子掃描顯微鏡下拍攝的照片；圖2為按下述實(shí)施例1所述的配比及制備方法制備的本發(fā)明二氧化錫基納米棒氣敏材料在電子掃描顯微鏡下拍攝的照片；圖3為按下述實(shí)施例2所述的配比及制備方法制備的本發(fā)明二氧化錫基納米棒氣敏材料在電子掃描顯微鏡下拍攝的照片。
具體實(shí)施例方式
例1按凈值摩爾(份)比稱取四氯化錫1份；尿素1.5份；硝酸鉍0.08份后按下述步驟制備A)將四氯化錫與尿素按上述比例混合，加蒸餾水配成混合溶液，在80℃(也可略高一點(diǎn)，但最好不要超過(guò)95℃)水浴中攪拌保溫，得到乳狀沉淀物；B)將硝酸鉍溶于稀硝酸，邊攪拌邊滴加氨水，直至形成乳狀沉淀；C)將步驟A和B所得兩種沉淀物相混合，用去離子水反復(fù)洗滌，然后放入干燥箱內(nèi)干燥；D)將干燥后的顆粒研磨后，用干粉壓機(jī)壓成片狀，在820℃退火處理2小時(shí)，制得二氧化錫棒狀晶粒納米粉體(其形貌如圖2所示)。
使用本實(shí)施例二氧化錫基納米棒氣敏材料生產(chǎn)的阻性氣敏傳感器，測(cè)得在空氣中電阻(KΩ)值和在500ppm乙醇?xì)怏w中的靈敏度隨加熱電壓變化參數(shù)如表1所示。
表1 例2按凈值摩爾(份)比稱取四氯化錫1份、尿素3份，硝酸鉍0.12份后，按例1相同的步驟和順序制備，所不同的是步驟D)的退火溫度為850℃，退火時(shí)間為1小時(shí)。本實(shí)施例所制備的二氧化錫棒狀納米粉體形貌如圖3所示。
使用本實(shí)施例二氧化錫基納米棒氣敏材料生產(chǎn)的阻性氣敏傳感器，測(cè)得在空氣中電阻(KΩ)值和在500ppm乙醇?xì)怏w中的靈敏度隨加熱電壓變化參數(shù)如表2所示。
表2 例3按凈值摩爾(份)比稱取四氯化錫1份、尿素2份，硝酸鉍0.1份后，按例1相同的步驟和順序制備，所不同的是步驟D)的退火溫度為800℃，退火時(shí)間為3小時(shí)。
使用本實(shí)施例二氧化錫基納米棒氣敏材料生產(chǎn)的阻性氣敏傳感器，測(cè)得在空氣中電阻(KΩ)值和在500ppm乙醇?xì)怏w中的靈敏度隨加熱電壓變化參數(shù)如表3所示。
表3
權(quán)利要求
1.一種二氧化錫基納米棒氣敏材料按凈值摩爾(份)配比由以下組分組成四氯化錫(SnCl4·5H2O)1尿素(H2NCONH2)1.5～3硝酸鉍(Bi(NO3)3) 0.08～0.12
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化錫基納米棒氣敏材料，各組分按凈值摩爾(份)配比是四氯化錫(SnCl4·5H2O) 1尿素(H2NCONH2) 1.5硝酸鉍(Bi(NO3)3) 0.08
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的二氧化錫基復(fù)合納米棒氣敏材料的制備方法由下列步驟組成A)將四氯化錫與尿素按上述比例混合，加蒸餾水配成混合溶液，在80℃～95℃水浴中攪拌保溫，得到乳狀沉淀物；B)將硝酸鉍溶于稀硝酸，邊攪拌邊滴加氨水，直至形成乳狀沉淀；C)將步驟A和B所得兩種沉淀物相混合，用去離子水反復(fù)洗滌，然后放入干燥箱內(nèi)干燥；D)將干燥后的顆粒研磨后，用干粉壓機(jī)壓成片狀，在800～850℃退火處理1～3小時(shí)，制得二氧化錫納米棒粉體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種二氧化錫基納米棒氣敏材料制備方法，其中步驟D)的最佳退火溫度是820℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及借助于測(cè)定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來(lái)測(cè)試或分析氣體的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是涉及一種電子元件材料，特別是涉及一種二氧化錫(SnO
文檔編號(hào)C01G19/02GK1737558SQ200510035188
公開(kāi)日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者傅剛, 陳環(huán), 張麟, 呂平 申請(qǐng)人:廣州大學(xué)