一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法，包括以下步驟：一、采用NKBT?LBT陶瓷作為基底材料；二、采用微乳液水熱合成法制備ZSM?5分子篩晶種；三、將ZSM?5分子篩晶種與基底材料復合，經(jīng)兩次水熱晶化處理后，得到甲烷傳感器用陶瓷基復合材料。本發(fā)明采用ZSM?5型分子篩膜涂覆基底材料，該膜優(yōu)秀的物理吸附能力，先進且簡單的生產(chǎn)工藝及應用決定了復合材料價格低廉、易于獲取、制備工藝簡單、適用于批量生產(chǎn)的特性。采用本發(fā)明制備的復合材料具有優(yōu)良的氣體吸附能力，同時隨著氣體吸附量的變化，引起微質量變化，使復合材料具有良好的頻率靈敏度，可用作甲烷傳感器探頭材料。
【專利說明】
一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于壓電材料技術領域，具體涉及一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]煤炭產(chǎn)業(yè)是我國能源產(chǎn)業(yè)的核心之一，煤礦安全是產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心問題。煤礦安全問題以瓦斯爆炸事故最為嚴重，甲烷是瓦斯氣體的主要成分，準確實時監(jiān)測礦井甲烷濃度是減少礦難的有效途徑，因此，用于監(jiān)測甲烷氣體濃度的甲烷傳感器技術尤為重要。
[0003]當前，國內外較為流行的對甲烷的檢測方法主要有:載體催化燃燒法、半導體氣敏傳感器法、吸收型光纖傳感器法以及紅外光譜法。載體催化燃燒法受到工作環(huán)境溫度、濕度等因素影響，并可能引起零點漂移，造成較大的測量誤差;半導體氣敏傳感器法參雜貴重金屬的同時受限于其較高的工作溫度、較差的穩(wěn)定性和一致性;紅外光譜法是一種快速、準確的氣體分析技術，然而其結構較為復雜，成本較高，因此其應用尤其在國內煤礦業(yè)的應用不廣。
[0004]NKBT-LBT陶瓷是一種具有高壓電常數(shù)及低矯頑場的無鉛壓電陶瓷，其具有較高的居里溫度點和較大的頻率常數(shù)，可以借助石英晶體微天平的原理制作頻率敏感型傳感器。ZSM-5型分子篩具有孔道均勻可控，高熱穩(wěn)定性，耐腐蝕，而且低吸附質分壓、高吸附溫度環(huán)境中仍然保持高的吸附容量。基于以上優(yōu)點，ZSM-5型分子篩可以用于氣體吸附，并且其成熟的工藝生產(chǎn)及應用決定了其價格低廉、易于獲取的特性。
[0005]本發(fā)明研發(fā)發(fā)現(xiàn)，若將以上二者有機結合，以NKBT-LBT陶瓷為基底材料，在其表面及孔道生長ZSM-5型分子篩膜，則當氣氛范圍被測物質含量變化時，分子篩膜吸附質量隨之變化，進而導致諧振鋒的偏移，其諧振鋒的偏移與表面吸附質量之間呈線性關系。通過實驗得出線性關系即可檢測氣體濃度。
[0006]用NKBT-LBT陶瓷作為基底，并在其表面及孔道生長ZSM-5型分子篩膜，從而制備出的甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的相關研究鮮有報道。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法。本方法采用微乳液水熱合成法制備ZSM-5型分子篩膜凝膠及同質晶種，然后分別進行兩次水熱反應使ZSM-5型分子篩膜生長在陶瓷基底表面及孔道，最終復合得到甲烷傳感器用陶瓷基復合材料，該復合材料具有良好的頻率靈敏度，可用作甲烷傳感器探頭材料。
[0008]本發(fā)明采用的技術方案是:一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0009]步驟一、采用NKBT-LBT陶瓷作為基底材料；
[0010]步驟二、采用微乳液水熱合成法制備ZSM-5分子篩晶種，具體過程為:
[0011]步驟201、將厶1(0!1)3、恥0!1和去離子水按摩爾比厶1:恥:!120 = 1:(6?7):(500?600)混合攪拌至固體物質完全溶解，得到鋁源;將Na2S13.9H20、Na0H和去離子水按摩爾比Si:Na: H2O = (90?100): (6?7): (500?600)混合攪拌至固體物質完全溶解，得到硅源；
[0012]步驟202、將步驟201中所述硅源和鋁源按摩爾比S1:A1 = (90?100):1混合均勻，然后在溫度為20°C?25°C的條件下陳化0.5h?1.5h，得到硅鋁酸鹽凝膠；
[0013]步驟203、將步驟202中所述硅鋁酸鹽凝膠在溫度為70°C?90°C的條件下保溫5h?7h進行水熱晶化反應，得到晶化產(chǎn)物；
[0014]步驟204、對步驟203中所述晶化產(chǎn)物進行離心處理，然后采用去離子水清洗至晶化產(chǎn)物表面的pH值為9?10，烘干后得到ZSM-5分子篩晶種；
[0015]步驟三、制備甲烷傳感器用陶瓷基復合材料，具體過程為:
[0016]步驟301、將步驟204中所述ZSM-5分子篩晶種加入到去離子水中，然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，混合均勻后超聲振蕩20min?30min，得到晶種液；
[0017]步驟302、將步驟一中所述基底材料浸入步驟301中所述晶種液中靜置5min?1min后取出，清洗干凈后烘干，得到表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料；
[0018]步驟303、按照步驟201和步驟202所述方法制備硅鋁酸鹽凝膠，然后將步驟302中表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料浸入硅鋁酸鹽凝膠中，在溫度為60°C?90°C的條件下保溫6h?9h進行水熱晶化反應，之后將水熱晶化反應后的基底材料用去離子水清洗至基底材料表面的pH值為9?10，烘干后得到表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料；
[0019]步驟304、對步驟303中所述表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料重復步驟303中所述的制備硅鋁酸鹽凝膠、水熱晶化、清洗和烘干工藝，得到甲烷傳感器用陶瓷基復合材料。
[0020]上述的一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟301中所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中乙醇的體積百分比濃度為93%?96%。
[0021]上述的一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟301中所述去尚子水的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的160?200倍。
[0022]上述的一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟301中所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的8?10倍。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0024]1、本發(fā)明制備的復合材料能夠用于甲烷傳感器，利用該復合材料制備的甲烷傳感器較常規(guī)的甲烷檢測傳感器具有結構簡單、成本較低并且不受環(huán)境影響的特點。
[0025]2、本發(fā)明甲烷傳感器用復合材料的制備過程中，制備了ZSM-5分子篩作為吸附用材料，其具有優(yōu)秀的物理吸附能力，并且其先進且簡單的生產(chǎn)工藝及應用決定了復合材料價格低廉、易于獲得等特性。
[0026]3、本發(fā)明制備的甲烷傳感器用陶瓷基復合材料具有優(yōu)良的氣體吸附能力，同時隨著氣體吸附量的變化，引起微質量變化，使復合材料具有良好的頻率靈敏度，可用作甲烷傳感器探頭材料。
[0027]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
【具體實施方式】
[0028]實施例1
[0029]本實施例甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法包括以下步驟:
[0030]步驟一、采用NKBT-LBT陶瓷作為基底材料；
[0031 ]步驟二、采用微乳液水熱合成法制備ZSM-5分子篩晶種具體過程為:
[0032]步驟201、將Al(0H)3、Na0H和去離子水按摩爾比Al:Na:H20=l:6.85:548混合攪拌至固體物質完全溶解，得到鋁源;將Na2S13.9H20、Na0H和去離子水按摩爾比S1:Na:H20 =96:6.85:548混合攪拌至固體物質完全溶解，得到硅源；
[0033]步驟202、將步驟201中所述硅源和鋁源按摩爾比S1:A1 = 96:1混合均勻，然后在溫度為25°C的條件下陳化lh，得到硅鋁酸鹽凝膠；
[0034]步驟203、將步驟202中所述硅鋁酸鹽凝膠在溫度為80°C的條件下保溫6h進行水熱晶化反應，得到晶化產(chǎn)物；
[0035]步驟204、將步驟203中所述晶化產(chǎn)物進行離心處理，然后采用去離子水清洗至晶化產(chǎn)物表面的pH值為9，烘干后得到ZSM-5分子篩晶種；
[0036]步驟三、制備甲烷傳感器用陶瓷基復合材料，具體過程為:
[0037]步驟301、將步驟204中所述ZSM-5分子篩晶種加入到去離子水中，然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，混合均勻后超聲振蕩30min，得到晶種液;所述去離子水的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的180倍，所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的9倍;所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中乙醇的體積百分比濃度為95% ；
[0038]步驟302、將步驟105中所述基底材料浸入步驟301中所述晶種液中靜置8min后取出，清洗干凈后烘干，得到表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料；
[0039]步驟303、按照步驟201和步驟202中所述方法制備硅鋁酸鹽凝膠，然后將步驟302中表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料浸入硅鋁酸鹽凝膠中，在溫度為80°C的條件下保溫Sh進行水熱晶化反應，之后將水熱晶化反應后的基底材料用去離子水清洗至基底材料表面的PH值為9，烘干后得到表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料；
[0040]步驟304、對步驟303中所述表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料重復步驟303中所述的水熱晶化、清洗和烘干工藝，得到甲烷傳感器用陶瓷基復合材料。
[0041]通過對本實施例制備的復合材料進行掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，本實施例覆蓋在陶瓷基底材料表面的ZSM-5分子篩膜層，排列致密，形狀為球形小顆粒，顆粒間自洽連接，生成約2μm厚的膜。通過對本實施例制備的復合材料進行X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，本實施例采用ZSM-5分子篩膜層制備的無鉛壓電多孔陶瓷基復合材料在不同CH4濃度條件下，復合結構氣敏傳感探頭諧振峰與甲烷濃度變化存在一個較穩(wěn)定的關系，性能良好。本實施例制備的復合材料具有優(yōu)良的氣體吸附能力，同時隨著氣體吸附量的變化，引起微質量變化，使復合材料具有良好的頻率靈敏度，可用作甲烷傳感器探頭材料。
[0042]實施例2
[0043]本實施例甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法包括以下步驟:
[0044]步驟一、采用NKBT-LBT陶瓷作為基底材料；
[0045]步驟二、采用微乳液水熱合成法制備ZSM-5分子篩晶種，具體過程為:
[0046]步驟201、將Al(OH)3、NaOH和去離子水按摩爾比Al:Na:H20 = 1:6.5:550混合攪拌至固體物質完全溶解，得到鋁源;將Na2S13.9H20、Na0H和去離子水按摩爾比S1:Na:H20 = 95:6.5: 550混合攪拌至固體物質完全溶解，得到硅源；
[0047]步驟202、將步驟201中所述硅源和鋁源按摩爾比S1:A1 = 95:1混合均勻，然后在溫度為20°C的條件下陳化Ih，得到硅鋁酸鹽凝膠；
[0048]步驟203、將步驟202中所述硅鋁酸鹽凝膠在溫度為80°C的條件下保溫5h?7h進行水熱晶化反應，得到晶化產(chǎn)物；
[0049]步驟204、對步驟203中所述晶化產(chǎn)物進行離心處理，然后采用去離子水清洗至晶化產(chǎn)物表面的pH值為9，烘干后得到ZSM-5分子篩晶種；
[0050]步驟三、制備甲烷傳感器用陶瓷基復合材料，具體過程為:
[0051 ]步驟301、將步驟204中所述ZSM-5分子篩晶種加入到去離子水中，然后加入γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，混合均勻后超聲振蕩25min，得到晶種液;所述去離子水的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的180倍，所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的9倍;所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中乙醇的體積百分比濃度為94% ；
[0052]步驟302、將步驟一中所述基底材料浸入步驟301中所述晶種液中靜置6min后取出，清洗干凈后烘干，得到表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料；
[0053]步驟303、按照步驟201和步驟202所述方法制備硅鋁酸鹽凝膠，然后將步驟302中表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料浸入硅鋁酸鹽凝膠中，在溫度為70°C的條件下保溫Sh進行水熱晶化反應，之后將水熱晶化反應后的基底材料用去離子水清洗至基底材料表面的PH值為10，烘干后得到表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料；
[0054]步驟304、對步驟303中所述表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料重復步驟303中所述的制備硅鋁酸鹽凝膠、水熱晶化、清洗和烘干工藝，得到甲烷傳感器用陶瓷基復合材料。
[0055]通過對本實施例制備的復合材料進行掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，本實施例覆蓋在陶瓷基底材料表面的ZSM-5分子篩膜層，排列致密，形狀為球形小顆粒，顆粒間自洽連接，生成約2μm厚的膜。通過對本實施例制備的復合材料進行X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，本實施例采用ZSM-5分子篩膜層制備的無鉛壓電多孔陶瓷基復合材料在不同CH4濃度條件下，復合結構氣敏傳感探頭諧振峰與甲烷濃度變化存在一個較穩(wěn)定的關系，性能良好。本實施例制備的復合材料具有優(yōu)良的氣體吸附能力，同時隨著氣體吸附量的變化，引起微質量變化，使復合材料具有良好的頻率靈敏度，可用作甲烷傳感器探頭材料。
[0056]實施例3
[0057]本實施例甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法包括以下步驟:
[0058]步驟一、采用NKBT-LBT陶瓷作為基底材料；
[0059]步驟二、采用微乳液水熱合成法制備ZSM-5分子篩晶種，具體過程為:
[0060]步驟201、將Al(0H)3、Na0H和去離子水按摩爾比Al:Na:H20=l:7:500混合攪拌至固體物質完全溶解，得到鋁源;將Na2S13.9H20、Na0H和去離子水按摩爾比S1:Na:H20=100:7:500混合攪拌至固體物質完全溶解，得到硅源；[0061 ] 步驟202、將步驟201中所述硅源和鋁源按摩爾比S1: Al = 100:1混合均勻，然后在溫度為20°C的條件下陳化1.5h，得到硅鋁酸鹽凝膠；
[0062]步驟203、將步驟202中所述硅鋁酸鹽凝膠在溫度為90°C的條件下保溫5h進行水熱晶化反應，得到晶化產(chǎn)物；
[0063]步驟204、對步驟203中所述晶化產(chǎn)物進行離心處理，然后采用去離子水清洗至晶化產(chǎn)物表面的pH值為10，烘干后得到ZSM-5分子篩晶種；
[0064]步驟三、制備甲烷傳感器用陶瓷基復合材料，具體過程為:
[0065]步驟301、將步驟204中所述ZSM-5分子篩晶種加入到去離子水中，然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，混合均勻后超聲振蕩20min，得到晶種液;所述去離子水的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的200倍，所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的10倍;所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中乙醇的體積百分比濃度為96% ；
[0066]步驟302、將步驟一中所述基底材料浸入步驟301中所述晶種液中靜置5min后取出，清洗干凈后烘干，得到表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料；
[0067]步驟303、按照步驟201和步驟202所述方法制備硅鋁酸鹽凝膠，然后將步驟302中表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料浸入硅鋁酸鹽凝膠中，在溫度為90°C的條件下保溫6h進行水熱晶化反應，之后將水熱晶化反應后的基底材料用去離子水清洗至基底材料表面的PH值為10，烘干后得到表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料；
[0068]步驟304、對步驟303中所述表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料重復步驟303中所述的制備硅鋁酸鹽凝膠、水熱晶化、清洗和烘干工藝，得到甲烷傳感器用陶瓷基復合材料。
[0069]通過對本實施例制備的復合材料進行掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，本實施例覆蓋在陶瓷基底材料表面的ZSM-5分子篩膜層，排列致密，形狀為球形小顆粒，顆粒間自洽連接，生成約2μm厚的膜。通過對本實施例制備的復合材料進行X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，本實施例采用ZSM-5分子篩膜層制備的無鉛壓電多孔陶瓷基復合材料在不同CH4濃度條件下，復合結構氣敏傳感探頭諧振峰與甲烷濃度變化存在一個較穩(wěn)定的關系，性能良好。本實施例制備的復合材料具有優(yōu)良的氣體吸附能力，同時隨著氣體吸附量的變化，引起微質量變化，使復合材料具有良好的頻率靈敏度，可用作甲烷傳感器探頭材料。
[0070]實施例4
[0071]本實施例甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法包括以下步驟:
[0072]步驟一、采用NKBT-LBT陶瓷作為基底材料；
[0073]步驟二、采用微乳液水熱合成法制備ZSM-5分子篩晶種，具體過程為:
[0074]步驟201、將厶1(0!1)3、恥0!1和去離子水按摩爾比厶1:恥:!120=1:6:600混合攪拌至固體物質完全溶解，得到鋁源;將Na2S13.9H20、Na0H和去離子水按摩爾比S1:Na:H20 = 90:6:600混合攪拌至固體物質完全溶解，得到硅源；
[0075]步驟202、將步驟201中所述硅源和鋁源按摩爾比S1:A1 = 90:1混合均勻，然后在溫度為20°C的條件下陳化0.5h，得到硅鋁酸鹽凝膠；
[0076]步驟203、將步驟202中所述硅鋁酸鹽凝膠在溫度為70°C的條件下保溫5h進行水熱晶化反應，得到晶化產(chǎn)物；
[0077]步驟204、對步驟203中所述晶化產(chǎn)物進行離心處理，然后采用去離子水清洗至晶化產(chǎn)物表面的pH值為9，烘干后得到ZSM-5分子篩晶種；
[0078]步驟三、制備甲烷傳感器用陶瓷基復合材料，具體過程為:
[0079]步驟301、將步驟204中所述ZSM-5分子篩晶種加入到去離子水中，然后加入γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，混合均勻后超聲振蕩30min，得到晶種液;所述去離子水的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的160倍，所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的8倍;所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中乙醇的體積百分比濃度為93% ；
[0080]步驟302、將步驟一中所述基底材料浸入步驟301中所述晶種液中靜置1min后取出，清洗干凈后烘干，得到表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料；
[0081 ] 步驟303、按照步驟201和步驟202所述方法制備硅鋁酸鹽凝膠，然后將步驟302中表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料浸入硅鋁酸鹽凝膠中，在溫度為60°C的條件下保溫9h進行水熱晶化反應，之后將水熱晶化反應后的基底材料用去離子水清洗至基底材料表面的PH值為9，烘干后得到表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料；
[0082]步驟304、對步驟303中所述表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料重復步驟303中所述的制備硅鋁酸鹽凝膠、水熱晶化、清洗和烘干工藝，得到甲烷傳感器用陶瓷基復合材料。
[0083 ]通過對本實施例制備的復合材料進行掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，本實施例覆蓋在陶瓷基底材料表面的ZSM-5分子篩膜層，排列致密，形狀為球形小顆粒，顆粒間自洽連接，生成約2μm厚的膜。通過對本實施例制備的復合材料進行X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，本實施例采用ZSM-5分子篩膜層制備的無鉛壓電多孔陶瓷基復合材料在不同CH4濃度條件下，復合結構氣敏傳感探頭諧振峰與甲烷濃度變化存在一個較穩(wěn)定的關系，性能良好。本實施例制備的復合材料具有優(yōu)良的氣體吸附能力，同時隨著氣體吸附量的變化，引起微質量變化，使復合材料具有良好的頻率靈敏度，可用作甲烷傳感器探頭材料。
[0084]實施例5
[0085]本實施例甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法包括以下步驟:
[0086]步驟一、采用NKBT-LBT陶瓷作為基底材料；
[0087]步驟二、采用微乳液水熱合成法制備ZSM-5分子篩晶種，具體過程為:
[0088]步驟201、將Al (0H)3、NaOH和去離子水按摩爾比Al: Na: H2O = 1:6.6:525混合攪拌至固體物質完全溶解，得到鋁源;將Na2S13.9H20、Na0H和去離子水按摩爾比Si: Na: H20 = 92:6.6: 525混合攪拌至固體物質完全溶解，得到硅源；
[0089]步驟202、將步驟201中所述硅源和鋁源按摩爾比S1:A1 = 94:1混合均勻，然后在溫度為20°C的條件下陳化0.5h，得到硅鋁酸鹽凝膠；
[0090]步驟203、將步驟202中所述硅鋁酸鹽凝膠在溫度為70°C的條件下保溫5h進行水熱晶化反應，得到晶化產(chǎn)物；
[0091]步驟204、對步驟203中所述晶化產(chǎn)物進行離心處理，然后采用去離子水清洗至晶化產(chǎn)物表面的pH值為9，烘干后得到ZSM-5分子篩晶種；
[0092 ]步驟三、制備甲烷傳感器用陶瓷基復合材料，具體過程為:
[0093]步驟301、將步驟204中所述ZSM-5分子篩晶種加入到去離子水中，然后加入γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，混合均勻后超聲振蕩20min，得到晶種液;所述去離子水的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的160倍，所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的8倍;所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中乙醇的體積百分比濃度為93% ；
[0094]步驟302、將步驟一中所述基底材料浸入步驟301中所述晶種液中靜置5min后取出，清洗干凈后烘干，得到表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料；
[0095]步驟303、按照步驟201和步驟202所述方法制備硅鋁酸鹽凝膠，然后將步驟302中表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料浸入硅鋁酸鹽凝膠中，在溫度為60°C的條件下保溫6h進行水熱晶化反應，之后將水熱晶化反應后的基底材料用去離子水清洗至基底材料表面的PH值為9，烘干后得到表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料；
[0096]步驟304、對步驟303中所述表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料重復步驟303中所述的制備硅鋁酸鹽凝膠、水熱晶化、清洗和烘干工藝，得到甲烷傳感器用陶瓷基復合材料。
[0097]通過對本實施例制備的復合材料進行掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，本實施例覆蓋在陶瓷基底材料表面的ZSM-5分子篩膜層，排列致密，形狀為球形小顆粒，顆粒間自洽連接，生成約2μm厚的膜。通過對本實施例制備的復合材料進行X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，本實施例采用ZSM-5分子篩膜層制備的無鉛壓電多孔陶瓷基復合材料在不同CH4濃度條件下，復合結構氣敏傳感探頭諧振峰與甲烷濃度變化存在一個較穩(wěn)定的關系，性能良好。本實施例制備的復合材料具有優(yōu)良的氣體吸附能力，同時隨著氣體吸附量的變化，引起微質量變化，使復合材料具有良好的頻率靈敏度，可用作甲烷傳感器探頭材料。
[0098]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、采用NKBT-LBT陶瓷作為基底材料； 步驟二、采用微乳液水熱合成法制備ZSM-5分子篩晶種，具體過程為: 步驟201、將厶1(0!1)3、他0!1和去離子水按摩爾比厶1:他:!120=1:(6?7):(500?600)混合攪拌至固體物質完全溶解，得到鋁源；將Na2S13.9H20、NaOH和去離子水按摩爾比Si: Na:H2O= (90?100): (6?7): (500?600)混合攪拌至固體物質完全溶解，得到硅源； 步驟202、將步驟201中所述硅源和鋁源按摩爾比S1: Al = (90?100):1混合均勻，然后在溫度為20°C?25°C的條件下陳化0.5h?1.5h，得到硅鋁酸鹽凝膠； 步驟203、將步驟202中所述硅鋁酸鹽凝膠在溫度為70°C?90°C的條件下保溫5h?711進行水熱晶化反應，得到晶化產(chǎn)物； 步驟204、對步驟203中所述晶化產(chǎn)物進行離心處理，然后采用去離子水清洗至晶化產(chǎn)物表面的pH值為9?10，烘干后得到ZSM-5分子篩晶種； 步驟三、制備甲烷傳感器用陶瓷基復合材料，具體過程為: 步驟301、將步驟204中所述ZSM-5分子篩晶種加入到去離子水中，然后加入γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，混合均勻后超聲振蕩20min?30min，得到晶種液； 步驟302、將步驟一中所述基底材料浸入步驟301中所述晶種液中靜置5min?1min后取出，清洗干凈后烘干，得到表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料； 步驟303、按照步驟201和步驟202所述方法制備硅鋁酸鹽凝膠，然后將步驟302中表面覆有ZSM-5分子篩晶種的基底材料浸入硅鋁酸鹽凝膠中，在溫度為60°C?90°C的條件下保溫6h?9h進行水熱晶化反應，之后將水熱晶化反應后的基底材料用去離子水清洗至基底材料表面的pH值為9?10，烘干后得到表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料； 步驟304、對步驟303中所述表面覆有ZSM-5分子篩膜層的基底材料重復步驟303中所述的制備硅鋁酸鹽凝膠、水熱晶化、清洗和烘干工藝，最終得到甲烷傳感器用陶瓷基復合材料。2.根據(jù)權利要求1所述的一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟301中所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中乙醇的體積百分比濃度為93%?96%。3.根據(jù)權利要求1所述的一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟301中所述去尚子水的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的160?200倍。4.根據(jù)權利要求1所述的一種甲烷傳感器用陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟301中所述γ -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液的加入量為ZSM-5分子篩晶種質量的8?10倍。
【文檔編號】C04B41/85GK105948818SQ201610256486
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】杜慧玲, 任廣林, 杜婕
【申請人】西安科技大學