[发明专利]一种氧化物/硅酸盐矿物纤维纳米复合气敏膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合气敏膜及其制备方法，特别是一种氧化物/硅酸盐矿物纤维纳米复合气敏膜及其制备方法；属于功能复合材料技术领域。 

背景技术

纳米二氧化锡、纳米氧化铁、纳米氧化锌等半导体氧化物具有优良的半导体性能和气敏性能，常作为气敏材料而用来制作厚膜型气敏元件，在各种气体监测、工业生产和日常生活的安全防爆方面发挥着重要的作用。而厚膜气敏元件通常在使用一段时间后常因韧性差，出现敏感膜层脱落、断裂等，而使气敏元件的稳定性变差，影响使用寿命。 

《环境科学与工程》2005，28(3)：18-20页公开了一篇“负载型TiO₂/纤蛇纹石光催化降解4BS染料的研究”，该论文中以纤蛇纹石为载体，提出一种利用TiOSO₄为前驱体，采用直接水解-沉积法将TiO₂超细粒子包覆在纤蛇纹石表面制得TiO₂/纤蛇纹石纳米复合光催化剂；由于该方法在反应过程中pH值处于变化之中，因而制备得到的氧化物纳米粒子的粒径大小及包覆层厚度都不均匀，无法满足气敏元件的制备要求。公告号为CN101183086的中国发明专利申请公开了一种纳米氧化锡纤维气敏膜的制备方法，该方法采用了溶胶凝胶静电纺丝方法，首先制备出氧化锡/聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维，然后通过热处理去除聚乙烯吡咯烷酮，获得氧化锡纤维气敏膜；由于该气敏膜无高强度纤维为基体，因此，其抗拉强度及韧性均差、易断裂，不能满足气敏元件敏感膜层的强度和韧性要求。 

到目前为止，有关用氧化物/硅酸盐矿物纤维纳米材料成功制备复合气敏膜的研究尚未见到公开报道。 

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的厚膜气敏元件敏感膜层易脱落、韧性差、易破裂等问题，本发明的目的在于提供一种防破裂、韧性和稳定性好的氧化物/硅酸盐矿物纤维纳米复合气敏膜及其制备方法。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种氧化物/硅酸盐矿物纤维纳米复合气敏膜，包括： 

硅酸盐矿物纤维纳米材料基体和在所述硅酸盐矿物纤维纳米材料基体表面上包覆着的纳米氧化物粉体层； 

其中，硅酸盐矿物纤维纳米材料为纤蛇纹石、闪石、海泡石、坡缕石矿物中任一种；纳米氧化物粉体为纳米二氧化锡、纳米氧化铁、纳米氧化锌、纳米氧化铜中任一种。 

为了实现上述目的，本发明还提供了一种氧化物/硅酸盐矿物纤维纳米复合气敏膜的制备方法，包括步骤如下： 

1)取硅酸盐矿物纤维，进行预处理； 

2)将步骤1)预处理后的硅酸盐矿物纤维按固液质量比为1∶100～1∶50的比例浸泡在水中，制得硅酸盐矿物纤维底液；用稀盐酸将所述硅酸盐矿物纤维底液的pH值调节至反应pH值； 

3)分别将浓度在0.01～0.25mol/L含相应氧化物粉体成分的金属盐溶液和稀氨水同时以2∶1～5∶1的速率比缓慢滴入步骤2)的硅酸盐矿物纤维底液中，控制反应pH值与反应温度恒定，并对硅酸盐矿物纤维底液进行搅拌，反应完成后制得氢氧化物/硅酸盐复合纳米纤维浆体； 

4)将步骤3)的氢氧化物/硅酸盐复合纳米纤维浆体进行洗涤、过滤、低温干燥，并经150～500℃温度加热处理，得到所述氧化物/硅酸盐矿物纤维纳米复合气敏膜。 

步骤1)中所用的硅酸盐矿物纤维可选用纤蛇纹石、闪石、海泡石和坡缕石矿物纤维中任一种；其预处理工艺包括：A、湿法提纯和磁选；B、将步骤A提纯后的硅酸盐矿物纤维投入强力电动搅拌机充分搅拌分散；C、将步骤B搅拌分散的硅酸盐矿物纤维采用超声波分散达到均匀；D、将步骤C超声分散均匀后的硅酸盐矿物纤维置于容器中，并加入硅酸盐矿物纤维质量的0.1～10％的十二烷基硫酸钠，充分浸泡湿润后再投入强力电动搅拌机分散；E、将步骤D处理后的硅酸盐矿物纤维过滤、干燥及加热处理除去十二烷基硫酸钠。 

步骤3)中含相应氧化物粉体成分的金属盐溶液为氯化锡溶液、氯化铁溶液、氯化锌溶液、氯化铜溶液中任一种。 

上述步骤2)和步骤3)中的反应pH值为1～6；步骤3)中的反应温度为20～40℃。 

步骤4)中所用的低温干燥温度≤120℃。