[发明专利]纳米贵金属颗粒改性二氧化锡气敏材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料科学领域，特别是涉及反应合成技术制备纳米贵金属颗粒改性的二氧化锡气敏材料。

背景技术

公知的二氧化锡气敏材料主要特点：二氧化锡(SnO₂)材料具有一系列优良的气敏性质和物化性能，通过不同的掺杂改性可以得到各种气体传感器，适用于微量低浓度气体的检测、具有可调式，导电特性、高热稳定性和化学稳定性等优点，如H₂，H₂S，NO_x，CO等。二氧化锡作为敏感材料的优越性已被广泛认可，使其成为研究最多的一种金属氧化物敏感材料。而贵金属的电子效应对于灵敏度的提高尤为显著，二氧化锡中掺杂的贵金属包括铂、钯、钍等，Pt，Pd，Ir等Ag贵金属起催化活性中心的作用，能降低被测气体化学吸附的活化能，有效提高元件的灵敏度和缩短响应时间。但是贵金属价格昂贵，而且在环境中某些成分(如NO_x，SO_x等)的作用下催化性能下降。

目前公知的气敏材料在实际气体检测工作中，简单的SnO₂气敏材料具有选择性较差、气体敏感性不高的缺点，影响了气敏传感器的使用可靠性和正常检测工作。提高SnO₂材料的气敏性能、选择性及可靠性已经成为研究的重点。SnO₂材料的结构特征如相组成、分散性和形态等将严重影响到传感器的气敏特性(如灵敏度、选择性、寿命)，制备出高比表面积且性能稳定的SnO₂材料将是一条改善气敏材料敏感性的重要方法。灵敏性、选择性、响应时间、恢复时间以及稳定性等可以通过向SnO₂中掺入特定的添加剂来改善。催化剂如钯、铂、银、铑等贵金属被经常用作添加剂来改善SnO₂薄膜的选择性和灵敏性。贵金属添加后，在SnO₂晶粒表面形成金属团簇可产生额外的吸附位置，气体在其表面发生催化氧化还原作用。公知的气敏材料制备方法主要有：旋涂法、浸涂法、化学蒸汽沉积法、金属有机蒸汽沉积法、溅射法、溶胶-凝胶法、电子束沉积法、热蒸发法、喷涂热解法，脉冲激光烧蚀沉积法，射频感应等离子沉积法，等离子增强的原子层沉积法，气溶胶沉积法及液流沉积法等。本专利提到的贵金属纳米颗粒材料改性方法是一种特殊的原位合成法，通过这种方法制备的气敏材料并未在国际国内公开报道，相关科学和技术研究领域目前尚缺乏。

发明内容

本发明针对目前气敏材料的相关不足，采用反应合成法开发了新一代纳米贵金属颗粒高效气敏材料，在该材料制备技术中，避免了传统气敏材料制备过程中的酸、碱、盐及其它有毒物的污染问题，并在一定程度上提高了有害气体的敏感特性，且制备工艺简单，从而使得材料制备的准备阶段缩短，降低了工艺复杂性和生产成本，使得该类材料的使用范围大大增加。

本发明是通过下面的方案实现的：一种纳米贵金属颗粒改性二氧化锡气敏材料的制备方法，其特征在于：以贵金属粉、锡粉或贵金属与锡的合金粉末为原料，添加少量的其它元素为性能调整元素，原料经配料后在混料机中混合均匀；经过低温高能球磨机械合金化；将制备的复合粉体制成素坯，放入反应合成烧结炉内进行反应合成；随后溅射或沉积，制得的膜厚度为2-50微米。

所述的贵金属粉为Ag，Au，Pt，Ru，Rh，Pd，Ir，Re中的两种或两种以上的混合物。

所述的其它元素为V，Mn，Co，Ni，Zn，Nb，Mo，Al，Ce，La，In，Sb中的一种或几种，粉末粒度小于100微米，贵金属与锡的质量分数比控制在2-10％。

所述的低温高能球磨机械合金化，磨球和磨罐采用刚玉或玛瑙材料制备，球磨气氛采用氩气保护，转速800-1500rad/min，球磨时间8-100小时，根据贵金属的含量调整球磨温度，温度范围：100-270K。

所述的进行反应合成的反应合成烧结温度1000-1750℃，时间2-8小时。

所述的溅射或沉积是指：采用玻璃衬底，抽真空，真空度约为10^-5-10^-2Pa，溅射或沉积速率为10^-2g/s，时间约为30-200分钟。

所述的在混料机中的混料时间为1-3小时。