一種檢測(cè)co的氣敏材料及用其制作氣敏元件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種檢測(cè)CO的氣敏材料及用其制作氣敏元件的方法，屬于氣體檢測(cè) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 一氧化碳是大氣中分布最廣和數(shù)量最多的污染物，也是燃燒過(guò)程中生成的重要污 染物之一。近年來(lái)，周圍環(huán)境中有害氣體的識(shí)別和檢測(cè)越來(lái)越受到人們重視，CO作為有害 氣體中廣泛存在于生活環(huán)境中，對(duì)人們的健康造成極大的威脅。
[0003] CO是一種對(duì)血液，與神經(jīng)系統(tǒng)毒性很強(qiáng)的污染物，空氣中的C0,通過(guò)呼吸系統(tǒng)，進(jìn) 入人體血液內(nèi)，與血液中的血紅蛋白。CO與血紅蛋白的結(jié)合，不僅降低血球攜帶氧的能力， 而且還抑制，延緩氧血紅蛋白的解析與釋放，導(dǎo)致機(jī)體組織因缺氧而壞死，嚴(yán)重者則可能危 及人的生命。CO對(duì)機(jī)體的危害程度，主要取決于空氣中的CO的濃度與機(jī)體吸收高濃度CO 空氣的時(shí)間長(zhǎng)短。因此，及時(shí)檢測(cè)出周圍CO的濃度能提醒人們，避免CO中毒。
[0004] 目前用來(lái)檢測(cè)氣體最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器，其響應(yīng)快速、靈敏度高、使用方 便，擁有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。好的氣敏傳感器主要取決于其氣敏材料和器件的物理制作，使其 成為氣敏傳感器的關(guān)鍵部分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種檢測(cè)CO的氣敏材料及其應(yīng)用，涉及的制備工藝簡(jiǎn)單，以 其為傳感器傳感層制備的傳感器對(duì)CO的響應(yīng)靈敏度高，且選擇性好。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種檢測(cè)CO的氣敏材料，它由鈀 摻雜二氧化錫空心納米球制備而成。
[0007] 根據(jù)上述方案，所述的鈀摻雜二氧化錫空心納米球?yàn)樗姆浇鸺t石相，直徑為 180~200nm，空心球的壁厚為8~10nm。
[0008] 根據(jù)上述方案，所述的鈀摻雜二氧化錫空心納米球的制備方法為：將二氧化錫空 心納米球超聲分散于水中，以PchSn為（0. 5~5) : 100的摩爾比加入鈀鹽溶液，混合攪拌 后，調(diào)節(jié)所得混合溶液的PH值至9~10,然后進(jìn)行離心分離、干燥，所得固體產(chǎn)物升溫至 500~600°C焙燒2~4h，得到灰白色粉末，即所述的鈀摻雜二氧化錫空心納米球。
[0009] 根據(jù)上述方案，所述鈀鹽溶液為Pd (NO3) 2溶液或Na 2PdCl4溶液。
[0010] 根據(jù)上述方案，所述二氧化錫空心納米球的制備方法為：1)將尿素和錫酸鉀以 20:3的質(zhì)量比溶于水中，然后加入無(wú)水乙醇，攪拌得懸浮液I ;將SiO2納米球超聲分散于 水中，所述SiO2納米球與錫酸鉀的質(zhì)量比為1:1，得懸浮液II ;將配制的懸浮液I和II混 合，攪拌混合均勻，然后轉(zhuǎn)移到IOOmL聚四氟乙烯高壓釜中，在170~180°C下反應(yīng)28~ 32h，冷卻后所得沉淀進(jìn)行離心分離和洗滌，然后分散于去離子水中，得分散液III ;2)以 NaOH: SiO2納米球> 1:1的摩爾比配制NaOH溶液，升溫至50~55°C，再加入分散液III，攪 拌4~6h，所得產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥，最后在500~600°C焙燒2~4h得到所述的二氧化錫空 心納米球。
[0011] 根據(jù)上述方案，所述Si02m米球按Si.5ber法制備而成，尺寸為160~180nm。
[0012] 上述一種氣敏材料制作CO氣敏元件的方法，包括以下步驟：將上述氣敏材料加無(wú) 水乙醇研磨成漿狀，均勻滴附在電極陶瓷管表面或金叉指電極上，干燥后，經(jīng)過(guò)退火，制得 旁熱式氣敏元件或平板式CO氣敏元件。
[0013] 根據(jù)上述方案，所述干燥條件為在80~KKTC下干燥2~4h。
[0014] 根據(jù)上述方案，所述的退火工藝為：以1~5°C /min的速率升溫至500~600°C焙 燒2~4h。
[0015] 上述一種氣敏材料制作旁熱式CO氣敏元件的方法，具體步驟如下：
[0016] 1)將上述氣敏材料經(jīng)瑪瑙研缽研磨5~IOmin ;
[0017] 2)將乙醇加入瑪瑙研缽中，繼續(xù)研磨，漿料研磨干時(shí)繼續(xù)滴加乙醇研磨，得均勻的 漿狀氣敏材料；
[0018] 3)將均勻的漿狀氣敏材料滴加到經(jīng)二氯乙烯洗凈后干燥的Al2O3陶瓷管上，緩慢 旋轉(zhuǎn)管軸，使其漿料均勻敷在電極管表面，然后在空氣中80~100°C下放置12h后使其干 燥，置于500~600°C下退火處理2~4h，得旁熱式CO氣敏元件。
[0019] 上述一種氣敏材料制作平板式CO氣敏元件的方法，具體步驟如下：
[0020] 1)將上述氣敏材料經(jīng)瑪瑙研缽研磨5~IOmin ;
[0021] 2)將乙醇加入瑪瑙研缽中，繼續(xù)研磨，漿料研磨干時(shí)繼續(xù)滴加乙醇研磨，得均勻的 漿狀氣敏材料；
[0022] 3)用絲網(wǎng)印刷機(jī)將漿狀氣敏材料印刷到經(jīng)丙酮浸泡、乙醇洗凈后的金叉指電極 上，使?jié){料均勻敷在電極片表面，然后在空氣中80~KKTC下放置12h后使其干燥，置于 500~600 °C下退火處理2~4h，得平板式CO氣敏元件。
[0023] 上述制得的氣敏元件進(jìn)行電極焊接、加熱絲組裝、老化、封裝，即可制成CO平板式 氣敏傳感器。
[0024] 本發(fā)明采用的原理為：常見(jiàn)的氣敏傳感器主要利用高溫（250°C以上）條件下材料 表面吸附的(V向OlP O2節(jié)變，導(dǎo)致耗盡層的變化，利用敏感氣體在材料的表面物理化學(xué)吸 附和反應(yīng)，造成材料載流子的變化，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。本發(fā)明利用二氧化錫顆粒中空的 球狀結(jié)構(gòu)，對(duì)一氧化碳選擇性吸附，且鈀的摻雜增強(qiáng)了氣敏材料對(duì)氧分子的吸附，促進(jìn)了氧 氣分子的解離，有利于離子氧、表面晶格氧向金屬氧化物表面的擴(kuò)散，并提高了材料表面氧 空位的利用，降低了氣敏材料對(duì)CO的傳感反應(yīng)活化能，利用其表面化學(xué)反應(yīng)，做到低溫（最 佳工作溫度150°c )下對(duì)CO的高靈敏度響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)低溫傳感檢測(cè)。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0026] 1)工作溫度低，比其他檢測(cè)一氧化碳敏感材料工作溫度（> 250°C )要低，降低了 能耗。
[0027] 2)選擇性好，氣敏材料相對(duì)于VOCs氣體對(duì)CO表現(xiàn)出良好的選擇性。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：
[0029] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈀摻雜二氧化錫空心納米球的XRD圖。
[0030] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈀摻雜二氧化錫空心納米球的EDX圖。
[0031] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈀摻雜二氧化錫空心納米球的TEM圖。
[0032] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1~4制得的鈀摻雜二氧化錫空心納米球和對(duì)比施例制備的 SnO2S心納米球分別作為氣敏材料，在不同溫度下對(duì)200ppm CO的氣敏響應(yīng)圖。
[0033] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈀摻雜二氧化錫空心納米球在最佳溫度150°C下，對(duì) 濃度范圍為20~500ppm的一氧化碳的氣敏響應(yīng)圖。
[0034] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鈀摻雜二氧化錫空心納米球在最佳溫度150°C下，對(duì) 濃度為200ppm的一氧化碳、乙醇、甲醇、甲醛和甲苯的氣敏響應(yīng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0036] 以下實(shí)施例中，如無(wú)具體說(shuō)明，采用的試劑均為市售化學(xué)試劑。所述的SiO2納米球 由實(shí)驗(yàn)室按StSbcr法制備而成，具體制備步驟如下：將3mL氨水、75mL無(wú)水乙醇、IOmL去離 子水?dāng)嚢杌旌暇鶆?，再加?. 2mL正硅酸乙酯，磁力攪拌5h ;所得膠狀溶液用無(wú)水乙醇進(jìn)行 高速離心分離，再在l〇〇°C烘箱中干燥2~4h，得到二氧化娃納米球，尺寸為160~180nm。 [00 37] 實(shí)施例1
[0038] 制備鈀摻雜二氧化錫空心納米球，制備過(guò)程中Pd與Sn的摩爾比為1. 0% :1，具體 包括以下步驟：
[0039] 1)將2. Og尿素、(λ 3g K2SnO3CH2O溶于3