專利名稱：一種乙炔酒精氣敏材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及摻雜鎘、銦、釤的復(fù)合氧化物氣敏材料，特別是對乙炔和酒精敏感的氣敏傳感器及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域。
被稱為氣敏材料三大系列的SnO2、ZnO、Fe2O3等材料或多或少都存在一些問題，例如普遍選擇性不太好；Fe2O3電阻偏大等。這些材料必須摻雜改性后才能對乙炔有一定的氣敏效應(yīng)。此外，有些材料摻雜改性后制成的元件對低濃度的乙炔靈敏度仍然偏低，工作范圍小。到目前為止，尚未見采用摻雜鎘、銦、釤的復(fù)合氧化物作為氣敏材料的報(bào)道。
美國《化學(xué)文摘》(Chemical Abstracts，102卷，142569)報(bào)道了一種用于C2H2氣體檢測的薄膜氣體傳感器，它采用由高頻濺射法在LiNbO3單晶基板上制作的WO3敏感層，僅適用于高濃度檢測，而對低濃度的乙炔不能檢測；且該方法存在設(shè)備復(fù)雜、制作成本較高的缺點(diǎn)。
美國《化學(xué)文摘》(Chemical Abstracts，106卷，053039)報(bào)道了一種可用于檢測變壓器冷卻油中5ppm C2H2氣體的乙炔傳感器，該乙炔傳感器帶有一個(gè)高聚物透氣膜的取樣室，在Pt陽極上涂有固體電解質(zhì)(CuCl-RuCl混合物)C2H2敏感層，還有陰極和直流電源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、制作較麻煩，成本較高。由于這種乙炔傳感器的敏感層是固體電解質(zhì)，靠離子傳輸導(dǎo)電，必須在一定的溫度下才有可觀的電導(dǎo)，響應(yīng)和恢復(fù)需要一定的時(shí)間，不會很快；且其敏感層中有Cu+離子，較易被氧化，所以元件的穩(wěn)定性不會很好。
上述文獻(xiàn)中沒有說明這種乙炔傳感器對于其他干擾氣體的選擇性，也沒有給出響應(yīng)恢復(fù)特性，而這些參數(shù)對于檢測變壓器冷卻油中低濃度的C2H2氣體來說特別重要。
本發(fā)明的目的是提供一種由鎘銦復(fù)合氧化物和釤銦復(fù)合氧化物構(gòu)成的、對乙炔、酒精敏感的氣敏材料及其制備方法。
這種對乙炔、酒精敏感的氣敏材料，其特征在于它是以鎘、銦、釤的氧化物或鹽為原料，采用堿液共沉淀法制得的；該材料由鎘銦復(fù)合氧化物CdO-In2O3和釤銦復(fù)合氧化物SmInO3構(gòu)成，其中三種元素的摩爾比為Cd∶Sm∶In＝1.65-1.5∶0.5-0.4∶2。
本發(fā)明制備氣敏材料的方法，其特征在于采用堿液共沉淀法，即以鎘、銦、釤的氧化物或鹽為原料，制得含三種離子摩爾比為Cd∶Sm∶In＝1.65-1.5∶0.5-0.4∶2的混合溶液，用NaOH或KOH溶液共沉淀；將共沉淀粉用蒸餾水洗滌，過濾，烘干，在700-1000℃燒3-5小時(shí)，即得對乙炔、酒精敏感的氣敏材料。
以上述氣敏材料加纖維素粘合劑充分研磨制成漿料，涂在帶有加熱絲和金或鉑電極的Al2O3陶瓷管上，在溫度300℃燒1小時(shí)，然后在600℃燒2小時(shí)，即制成旁熱式氣敏元件。
與現(xiàn)有氣敏材料相比較，本發(fā)明氣敏材料的優(yōu)點(diǎn)是對乙炔、酒精靈敏度高，對于干擾氣體的選擇性好，工作范圍寬，響應(yīng)恢復(fù)快，穩(wěn)定性好；以本發(fā)明氣敏材料制作氣敏元件結(jié)構(gòu)較簡單，制作方便，成本低，可用作乙炔傳感器和酒精傳感器。
根據(jù)本發(fā)明人做的對比實(shí)驗(yàn)，單獨(dú)采用CdIn2O4對乙炔和乙醇的氣敏性能非常差，對1000ppm乙炔和乙醇靈敏度僅分別為4和8；單獨(dú)采用SmInO3對乙炔和乙醇沒有氣敏性能；將二者采用普通的機(jī)械混合制成的材料對1000ppm乙炔和乙醇靈敏度僅分別為6和14。而本發(fā)明采用共沉淀法制得的鎘銦的復(fù)合氧化物氣敏材料則呈現(xiàn)了非常好的氣敏性能對乙炔的靈敏度高濃度(1000ppm)時(shí)可達(dá)60.5；當(dāng)乙炔為5ppm低濃度時(shí)，靈敏度亦可達(dá)8.3；對酒精濃度為1000ppm時(shí)，靈敏度可達(dá)180；酒精濃度為100ppm時(shí)，靈敏度可達(dá)30以上?？捎米鳈z測變壓器油產(chǎn)生的乙炔的傳感器和酒精傳感器。
本發(fā)明氣敏材料對于干擾氣體的選擇性好。對于高濃度的干擾氣體C2H4(3000ppm)、H2(3000ppm)和CO(3000ppm)，乙炔濃度為5ppm(變壓器冷卻油的故障注意值)時(shí)，S乙炔/S干擾氣溫＞2；對于高濃度的干擾氣體汽油(1000ppm)，酒精濃度為100ppm時(shí)，S酒精/S干擾氣體≌5。
以本發(fā)明氣敏材料制作的氣敏元件響應(yīng)恢復(fù)快。以元件響應(yīng)恢復(fù)到終點(diǎn)所用時(shí)間的90％定為響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間，本發(fā)明氣敏元件響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間在最高靈敏度時(shí)小于10秒。
以本發(fā)明氣敏材料制作的氣敏元件還具有穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明氣敏元件在空氣中放置一年，靈敏度無明顯變化?？捎米鳈z測變壓器油產(chǎn)生的乙炔的傳感器和酒精傳感器。
本發(fā)明制備氣敏材料及元件的方法，設(shè)備簡單，制作方便，成本低，效果好。
以下是本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1以鎘、銦、釤的氧化物為原料制作氣敏傳感器將氧化鎘、氧化銦、氧化釤按摩爾比為Cd∶Sm∶In＝1.63∶0.5∶2的比例混合，用稀硝酸或稀鹽酸使之溶解形成混合溶液，加入NaOH溶液調(diào)節(jié)PH值至7-9使之沉淀，沉淀經(jīng)蒸餾水洗滌、過濾、在100-120℃烘干，再在800℃溫度燒4小時(shí)，即形成氣敏材料。經(jīng)X衍射法測定，該材料由鎘銦復(fù)合氧化物CdO-In2O3和釤銦復(fù)合氧化物SmInO3構(gòu)成，其中三種元素的摩爾比為Cd∶Sm∶In＝1.63∶0.5∶2。
將該氣敏材料加入纖維素粘合劑充分研磨，制成漿料，涂在帶有加熱絲和金電極的小型Al2O3陶瓷管上，先在300℃溫度燒一小時(shí)，然后再在600℃燒兩小時(shí)，使粘合劑燃燒以除去粘合劑，即制得氣敏元件。老化10天。測得該氣敏元件對1000ppm酒精靈敏度達(dá)180，對100ppm酒精的靈敏度達(dá)30，對1000ppm汽油靈敏度僅為7；對1000ppm乙炔靈敏度達(dá)60，對5ppm乙炔靈敏度達(dá)8.3，而對3000ppmC2H4、H2和CO的靈敏度均小于4。該元件對酒精的響應(yīng)時(shí)間為8秒，對乙炔的響應(yīng)時(shí)間為10秒。原來單獨(dú)采用CdIn2O4對乙炔和乙醇的氣敏性能非常差，對1000ppm乙炔和乙醇靈敏度分別為4和8；單獨(dú)采用SmInO3對乙炔和乙醇沒有氣敏性能；而兩者采用普通的機(jī)械混合制成的材料對1000ppm乙炔和乙醇靈敏度分別為6和14。
實(shí)施例2以鎘、銦、釤的鹽為原料制作氣敏傳感器將醋酸鎘、硝酸銦、硝酸釤三種鹽溶液混合配制成摩爾比為Cd∶In∶Sm＝1.56∶0.40∶2的混合溶液，加入KOH溶液調(diào)節(jié)PH值至7-9使之沉淀，沉淀經(jīng)蒸餾水洗滌、過濾、80℃烘干后，再在900℃溫度燒3小時(shí)，形成氣敏材料。經(jīng)X衍射法測定，該材料由鎘銦復(fù)合氧化物CdO-In2O3和釤銦復(fù)合氧化物SmInO3構(gòu)成，其中三種元素的摩爾比為Cd∶Sm∶In＝1.56∶0.40∶2。
將氣敏材料加入纖維素粘合劑充分研磨，制成漿料，涂在帶有加熱絲和鉑電極的小型Al2O3陶瓷管上，先在300℃溫度燒1小時(shí)，然后在600℃燒2小時(shí)，使粘合劑燃燒以除去粘合劑，即制得氣敏元件。老化10天。測得該氣敏元件對1000ppm酒精靈敏度達(dá)180，對100ppm酒精的靈敏度達(dá)35，而對1000ppm汽油靈敏度僅為7；對1000ppm乙炔靈敏度達(dá)58，對5ppm乙炔靈敏度達(dá)8，而對3000ppm的干擾氣體C2H4、H2靈敏度均小于4；而對干擾氣體CO的靈敏度比實(shí)施例1稍有上升，但S乙炔/S干擾氣體≈2。該氣敏元件對酒精的響應(yīng)時(shí)間為8秒，對乙炔的響應(yīng)時(shí)間為10秒。
權(quán)利要求
1.一種對乙炔、酒精敏感的氣敏材料，特征在于它是以鎘、銦、釤的氧化物或鹽為原料，采用堿液共沉淀法制得的；該材料由鎘銦復(fù)合氧化物CdO-In2O3和釤銦復(fù)合氧化物SmInO3構(gòu)成，其中三種元素的摩爾比為Cd∶Sm∶In＝1.65-1.5∶0.5-0.4∶2。
2.一種制備對乙炔、酒精敏感的氣敏材料的方法，特征在于采用堿液共沉淀法，即以鎘、銦、釤的氧化物或鹽為原料，制得含三種離子摩爾比為Cd∶Sm∶In＝1.65-1.5∶0.5-0.4∶2的混合溶液，用NaOH或KOH溶液共沉淀；將共沉淀粉用蒸餾水洗滌，過濾，烘干，在700-1000℃燒3-5小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明乙炔、酒精氣敏材料及其制作方法,特征在于以鎘、銦、釤的氧化物或鹽為原料,制得含離子摩爾比為Cd∶Sm∶In=1.65—1.5∶0.5—0.4∶2的混合溶液,用堿液共沉淀,洗滌,過濾,烘干,在800℃燒4小時(shí);所得氣敏材料可做成氣敏元件;具有對乙炔、酒精靈敏度高、對于干擾氣體的選擇性好、工作范圍寬、響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間短、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),可用作乙炔、酒精傳感器。
文檔編號G01N27/12GK1257041SQ98125730
公開日2000年6月21日 申請日期1998年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月12日
發(fā)明者劉杏芹, 儲向峰, 劉亞飛, 沈瑜生, 孟廣耀 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)