[发明专利]一种基于V2O5涂覆石英晶体微天平的乙醇传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙醇检测的新思路-基于V₂O₅涂覆石英晶体微天平(QCM)，特别是材料的选择，属于传感技术应用领域。

背景技术

QCM是一种质量敏感型的微型传感器，在其表面涂覆高分子薄膜后可检测纳克级的质量变化。QCM气体传感器在功耗、稳定性和安全性等方面优于半导体气体传感器，可进行气体的定性和定量分析。乙醇(酒精)传感器广泛应用于司机酗酒检测、化学化工、食品和酿造行业，具有极大的市场。而传统的乙醇传感器主要是基于ZnO，SnO₂等的金属氧化物半导体气体传感器，这些氧化物的乙醇传感器虽然灵敏度很高，但是它的工作温度高、选择性也存在一定的问题。因此开发功耗低、选择性好的酒精传感器具有重要的意义和应用前景。

本发明基于V₂O₅的常温氧化性以及QCM的高灵敏性。V₂O₅在室温下，可以被乙醇还原为VO₂，同时产生质量的变化。由此我们将V₂O₅和QCM质量传感器结合使用，开发了一种乙醇检测的新思路。这种乙醇传感器由于检测过程在室温下进行，所以功耗很低；由于检测利用的是V₂O₅与乙醇的化学反应，选择性好。

发明内容

本发明的目的是提供一种乙醇检测的新思路。该检测方法具有以下优点：器件制备过程简单，检测乙醇功耗低，选择性好。

本发明所说的乙醇检测的新思路主要是指将V₂O₅可在室温下与乙醇反应的事实，与质量传感器结合起来，并进行乙醇的检测。

本发明采用的技术思路是：在V₂O₅在室温下与乙醇经反应变成VO₂的过程中，可以发生质量的减轻，进而表现为QCM谐振频率的增大。从而我们将V₂O₅涂覆的QCM器件与乙醇的检测相结合，进行乙醇的检测。本发明为乙醇的检测提供了一种新的思路，也为V₂O₅的应用开拓了一种新途径。

本发明采用的技术方案是：

一种基于V₂O₅涂覆石英晶体微天平的乙醇传感器的制备方法，其特征在于，将涂覆V₂O₅的QCM与乙醇的检测相结合，操作步骤：

第一步V₂O₅的制备

将V₂O₅与十六烷基三甲基溴化铵混合，摩尔比为1∶1～1∶1.5，在室温下进行搅拌，转移到反应釜中，进行水热反应，将其成功还原为VO₂。产物进行过滤，并用去离子水和乙醇进行多次洗涤。80℃下干燥8～12小时，即得到前驱物，即VO₂。将制得的前驱物，在马弗炉中，400～600℃进行煅烧，时间为2～5小时，使前驱物氧化为结晶性良好的V₂O₅，即得到V₂O₅纳米棒。

第二步乙醇的检测

将第一步中制得的V₂O₅，分散于一定量的去离子水中，超声，使其分散均匀，得到涂覆液。将其均匀涂覆于石英晶体微天平(QCM)传感器电极上，80～110℃下干燥2～8小时。最终制得器件，并进行乙醇的检测。

上述方法中V₂O₅的结晶性要好。而结晶性不好的商用的V₂O₅在检测乙醇的过程中响应恢复比较慢，而结晶性好的V₂O₅对于乙醇的检测至关重要。

与现有技术相比，本发明方法具有以下优点：

1)采用了简易的水热反应，原料制备简单，溶剂均无毒无害，方法绿色环保，避免了环境的污染。

2)器件制备工艺简单。

3)对乙醇的检测灵敏度较高、选择性好、功耗低。

附图说明

图1为前驱物的XRD图谱

图2为原料V₂O₅的XRD图谱

图3为原料V₂O₅的扫描电子显微镜图片