一種花狀氧化銦微米棒材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無機材料領(lǐng)域，具體設(shè)及一種花狀氧化銅微米棒材料的制備方法和應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬氧化物半導(dǎo)體由于價格低廉、氣敏性能好、無污染、易于組裝、體積小等優(yōu)點 而被廣泛地應(yīng)用于生活和工業(yè)氣體傳感領(lǐng)域。眾多半導(dǎo)體金屬氧化物如Sn〇2、Ti〇2、化0、 W〇3、In2〇3等在檢測有毒有害氣體方面表現(xiàn)出優(yōu)異性能而受到人們的普遍關(guān)注。其中In2〇3 作為一種重要的N型半導(dǎo)體，具備較寬的禁帶寬度，環(huán)境友好，靈敏度高和響應(yīng)恢復(fù)時間短 等優(yōu)點在氣敏傳感器領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。近年來，為進(jìn)一步提高其氣敏傳感性能，通過 調(diào)控In2〇3的表面性質(zhì)、尺寸和形貌已成為研究熱點。因此，各種不同形貌結(jié)構(gòu)的In2〇3,包 括納米纖維、納米棒、納米管，納米立方體、納米空屯、球等已經(jīng)被成功合成并應(yīng)用。
[0003] =維的微納米結(jié)構(gòu)材料由于既具有一維及二維微納米材料大的比表面積和多的 吸附位點的優(yōu)勢，同時還避免了運些納米材料在應(yīng)用過程中易團(tuán)聚的弊端被廣泛地應(yīng)用于 傳感器、光催化、裡離子電池等諸多領(lǐng)域而成為最近幾年的研究熱點。其中在氣敏傳感領(lǐng)域 中，由于運種=維微納米結(jié)構(gòu)具有大的比表面，特異的幾何結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)出來的多的吸附位 點，有利于增加氣體分子的有效吸附面積，從而實現(xiàn)對某氣體的高氣敏性能。目前，水熱合 成法由于操作簡單、成本低，無污染，容易實現(xiàn)等特點而被廣泛應(yīng)用于制備各種無機材料。 其中，在眾多=維結(jié)構(gòu)的微納米材料的合成中，一些有機添加物作為空間生長劑在材料結(jié) 構(gòu)單元的自組裝上起著重要的作用，從而為形成穩(wěn)固的=維結(jié)構(gòu)奠定了堅實的基礎(chǔ)。此外， 我們發(fā)現(xiàn)，利用水熱法通過調(diào)節(jié)水熱反應(yīng)條件或反應(yīng)物的添加量可W實現(xiàn)對材料形貌結(jié)構(gòu) 的調(diào)控，運為尋求最優(yōu)形貌結(jié)構(gòu)的高氣敏特材料的提供了有效手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種花狀氧化銅微米棒的制備方法和應(yīng)用，所設(shè)及的制備工 藝簡單、產(chǎn)量大而且材料的形貌可控。將利用該方法制備的材料應(yīng)用于氣敏元件，對乙醇做 氣敏檢測，發(fā)現(xiàn)與商業(yè)的氧化銅顆粒相比，該材料對乙醇在靈敏度和選擇性都有一個很大 的提升。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種花狀氧化銅微米棒材料，其 是由數(shù)個長度0. 5~2. 2ym，直徑為180~700皿的微米棒組成。
[0006] 按上述方案，所述的花狀氧化銅微米棒材料優(yōu)選是由數(shù)個長度為0. 5~0. 7ym， 直徑為180~2IOnm的氧化銅微米棒組成。
[0007] 所述的花狀氧化銅微米棒材料的制備方法，其通過加入一定質(zhì)量比的葡萄糖和尿 素于銅鹽的水溶液中，室溫下磁力攬拌0.化~比，將無色透明的溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)蓋 中，在高溫下反應(yīng)數(shù)小時后，得到的產(chǎn)物經(jīng)過離屯、、洗涂、干燥、般燒，則可得到黃色的目標(biāo) 產(chǎn)物花狀氧化銅微米棒。
[0008] 按上述方案，所述的銅鹽為氯化銅或硝酸銅，銅鹽溶液的濃度為0.033~ 0.067mol/L〇
[0009] 按上述方案，葡萄糖和尿素的質(zhì)量比為化25~4): 1。通過調(diào)節(jié)葡萄糖和尿素的 質(zhì)量比，運些花狀氧化銅微米棒的尺寸能得到有效的調(diào)控。
[0010] 按上述方案，水熱反應(yīng)溫度為160~180°C，反應(yīng)時間6~lOh。
[0011] 按上述方案，般燒溫度為450°C~550°C的空氣氣氛中，退火處理2~地。
[0012] 所述的花狀氧化銅微米棒材料作為氣敏傳感材料的應(yīng)用。對乙醇表現(xiàn)出了高選擇 性、高靈敏度和較短的響應(yīng)恢復(fù)時間。將該材料應(yīng)用制備氣敏元件的主要步驟為：W無水乙 醇作為溶劑配制0.Olg/血的涂覆漿液，經(jīng)涂覆到金叉指電極上得到的氣敏材料的傳感層 厚度為200~400nm。
[0013] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0014] 1)采用一步水熱法，得到了一種花狀氧化銅微米棒材料。設(shè)及的方法簡單，環(huán)境友 好，產(chǎn)量高；
[0015] 2)通過改變某反應(yīng)物的用量，該材料的形貌可得到有效的調(diào)控；
[0016] 3)本發(fā)明制得的產(chǎn)物具有穩(wěn)定的介孔結(jié)構(gòu)，比表面積高，尺寸均一，分散性良好， 有利于氣體分子的表面擴散和表面反應(yīng)，從而提高其氣敏性能。
[0017] 4)將該材料應(yīng)用于氣敏測試，可W克服傳統(tǒng)的乙醇傳感器選擇性差的缺點。
【附圖說明】
[0018] 圖1是實施例1中添加不同質(zhì)量比例的葡萄糖和尿素的花狀氧化銅微米棒的掃描 電鏡圖；
[0019] 圖2是實施例1中最佳葡萄糖和尿素比例（1:1)的花狀氧化銅微米棒的X射線衍 射圖；
[0020] 圖3是實施例1中最佳比例的花狀氧化銅微米棒氣敏材料對乙醇的溫度-靈敏度 和濃度靈敏度圖；
[0021] 圖4是實施例1中最佳比例的花狀氧化銅微米棒氣敏材料對乙醇的選擇性圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但是此說明不會構(gòu)成對本發(fā)明的 限制。 陽〇2引實施例1
[0024] 取2mmol的InCls于30ml去離子水中，攬拌5min后得到澄清透明的溶液。稱取 3. 5g的葡萄糖和3. 5g尿素，將該質(zhì)量比（1:1)的量加入到透明溶液中，并在磁力攬拌器下 攬拌比并超聲分散30min，得到無色透明混合溶液。將該混合溶液轉(zhuǎn)移至50ml的水熱反應(yīng) 蓋中，在180°C下水熱反應(yīng)化后得到棟黑色沉淀液。通過數(shù)次洗涂、離屯、后得到棟黑色沉淀 物，將該沉淀物在60°C的恒溫干燥箱中干燥lOh，最后在500°C的空氣氣氛中般燒化，得到 黃色粉末產(chǎn)品。 陽0巧]實施例2-5 陽0%] 同樣地，稱取不同質(zhì)量比（4:0,4:1, 2:1,1:2, 0:4)的葡萄糖和尿素加入到InCla 水溶液中，在同樣條件水熱反應(yīng)后則得到一系列不同形貌和尺寸的In2〇3產(chǎn)品，步驟同實施 例1。 |；0027]表一
[0028]
[0029] 如圖1 (a)所示，當(dāng)只添加葡萄糖試劑時，得到的氧化銅產(chǎn)品是無定形的多孔微米 球結(jié)構(gòu)，當(dāng)只添加尿素試劑時，得到的是無定形的微米立方體結(jié)構(gòu)，但當(dāng)兩者兼而有之，通 過改變兩者的質(zhì)量比，可W得到一系列不同尺寸的花狀氧化銅微米棒（見表一）。選擇該 最小尺寸的花狀氧化銅樣品作為氣敏測試材料。通過圖2,可W看到十分尖銳的（211)、 (222)、（400)、（440)、（622)等相關(guān)特征峰，無其它任何雜質(zhì)峰，表明該尺寸的氧化銅樣品具 有良好的結(jié)晶度。W無水乙醇作為溶劑配制0.Olg/血的涂覆漿液，經(jīng)涂覆到金叉指電極上 得到的氣敏材料的傳感層厚度為200~400nm。陰干后，將制備的氣體傳感器置于老化臺 上加熱老化2地，最后進(jìn)行氣敏測試。從圖3和圖4可W清楚地看到，與商業(yè)的氧化銅顆粒 (尺寸為50~IOOnm)相比，最佳工作溫度有所降低而且在不同濃度乙醇?xì)怏w下靈敏度都比 商用材料高。更重要的是，在氣體的選擇性測試中，對于不同種類的I(K)PPm的氣體，所制備 的花狀氧化銅微米棒材料對乙醇?xì)怏w的靈敏度要比商用的材料高，表明了該材料對乙醇優(yōu) 異的選擇性能，運很好地解決了一般的乙醇傳感器選擇性差的缺陷。
【主權(quán)項】
1. 一種花狀氧化銦微米棒材料，其是由數(shù)個長度為0. 5~2. 2μm，直徑為180~700nm 的氧化銦微米棒組成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的花狀氧化銦微米棒材料，其特征在于，所述的花狀氧化銦微 米棒材料是由數(shù)個長度為0· 5~0· 7μm，直徑為180~210nm的氧化銦微米棒組成。3. 權(quán)利要求1所述的花狀氧化銦微米棒材料的制備方法，其通過加入一定質(zhì)量比的葡 萄糖和尿素于銦鹽的水溶液中，室溫下磁力攪拌〇. 5h~lh，將無色透明的溶液轉(zhuǎn)移到水熱 反應(yīng)釜中，在高溫下反應(yīng)數(shù)小時后，得到的產(chǎn)物經(jīng)過離心、洗滌、干燥、煅燒，則可得到黃色 的目標(biāo)產(chǎn)物花狀氧化銦微米棒。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的花狀氧化銦微米棒材料的制備方法，其特征在于所述的銦鹽 為氯化銦或硝酸銦，銦鹽溶液的濃度為0. 033~0. 067mol/L。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的花狀氧化銦微米棒材料的制備方法，其特征在于葡萄糖和尿 素的質(zhì)量比為（〇. 25~4) : 1。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的花狀氧化銦微米棒材料的制備方法，其特征在于水熱反應(yīng)溫 度為160~180°C，反應(yīng)時間6~10h。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的花狀氧化銦微米棒材料的制備方法，其特征在于煅燒溫度為 450 °C~550 °C的空氣氣氛中，退火處理2~4h。8. 權(quán)利要求1或2所述的花狀氧化銦微米棒材料作為氣敏傳感材料的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明涉及花狀氧化銦微米棒材料的制備方法和應(yīng)用，其通過加入一定質(zhì)量比的葡萄糖和尿素于銦鹽的水溶液中，室溫下磁力攪拌，將無色透明的溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在高溫下反應(yīng)數(shù)小時后，得到的產(chǎn)物經(jīng)過離心、洗滌、干燥、煅燒，則可得到黃色的目標(biāo)產(chǎn)物花狀氧化銦微米棒。本發(fā)明的有益效果是：1)涉及的方法簡單，環(huán)境友好，產(chǎn)量高；2)通過改變某反應(yīng)物的用量，該材料的形貌可得到有效的調(diào)控；3)本發(fā)明制得的產(chǎn)物具有穩(wěn)定的介孔結(jié)構(gòu)，比表面積高，尺寸均一，分散性良好，有利于氣體分子的表面擴散和表面反應(yīng)，從而提高其氣敏性能；4)將該材料應(yīng)用于氣敏測試，可以克服傳統(tǒng)的乙醇傳感器選擇性差的缺點。
【IPC分類】C01G15/00
【公開號】CN105271371
【申請?zhí)枴緾N201510656520
【發(fā)明人】劉善堂, 黃峰
【申請人】武漢工程大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月12日