[发明专利]多孔氧化镍/二氧化锡微纳米球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳米锡基化合物的制备方法技术领域，具体涉及微纳米球状羟基锡酸镍和多孔氧镍/二氧化锡粉体的制备方法。

背景技术

气敏传感器是我国传感器系统中应用比较广泛的一类传感器，在环保、医用、汽车、冶金和化工等领域都得到广泛的应用。近年来，气敏传感器的应用越来越广，其中最主要的是防止突发事故，提高生活环境质量，保障生产过程条件的一致性，以及环境保护等。半导体气体传感器具有高灵敏性、结构简单、使用方便和价格便宜等一系列的优点，所以国内外气敏传感器一直以半导体气敏传感器为主。

二氧化锡是典型的n型半导体，是气敏传感器的最佳材料，目前已广泛用于气敏传感器制造业。二氧化锡气体传感器检测对象可以为甲烷、丙烷、一氧化碳、氢气、酒精和硫化氢等可燃性气体。关于二氧化锡气敏机理的理论模型有很多，一般认为其气敏机理是表面吸附控制型机制，即在洁净的空气（氧化性气氛）中敏感膜加热到一定的温度时，膜表面吸附待测气体，在材料的晶界处形成势垒，该势垒能束缚电子在电场作用下的漂移运动，使之不易穿过势垒，从而引起材料电导降低；而在还原性待测气氛中，敏感膜吸附待测气体并与吸附氧交换位置或发生反应，使晶界处的吸附氧脱附，致使表面势垒降低，从而引起材料电导的增加，通过测量材料电导的变化来检测气体。其气敏检测灵敏度与二氧化锡敏感材料的制备方法和材料的微结构密切相关。为了提高这类传感器的灵敏度、选择性和响应速度，目前业内研究者所做的研究工作主要在于以下几个方面：①使材料颗粒尽可能细小，最好制成纳米材料或分级纳米材料，增大单位比表面积，提高传感器的灵敏度；②将气敏材料制成薄膜，以便增大与气体的接触面积，提高传感器的灵敏度；③掺入贵金属元素或稀土元素，进一步提高传感器的灵敏度和选择性。这些方法尽管能有效地改善了二氧化锡基气体传感器的气敏特性，但也存在着工艺复杂，微结构不易控制和成本较高等问题。本发明实验操作过程简单，对设备要求低，费用低廉，生产率高，产物的纯度也非常高，而且使用其制作的阻性气敏传感元件灵敏度高。国家知识产权局2006年2月22日授权公告了“一种二氧化锡基纳米棒气敏材料及其制备方法”（授权公告号：1737558A）的发明专利，该发明专利所公开的技术方案是将四氯化锡和尿素按一定比例混合溶于蒸馏水中，在80^oC下搅拌保温，得到乳状沉淀物。再取一定量的硝酸铋溶于稀硝酸，边搅拌边滴加氨水，直至形成乳状沉淀。最后将上述两种沉淀混合，用蒸馏水洗涤，干燥后用干粉压片机压成片状，再高温退火处理，即可制得二氧化锡棒状纳米晶粒粉体。该方法制备的二氧化锡棒状纳米晶粒对乙醇气体具有一定的灵敏响应，但响应灵敏度并不算高，这主要因为极其微小的二氧化锡纳米棒堆积成的敏感膜会导致大量封闭气孔，阻断了外界气体到达敏感膜的内部，因而制约了其气敏特性的进一步改善，尤其是灵敏度的提高；从材料合成角度来看，该方法仍无法实现对二氧化锡纳米晶形貌和微结构的调控。

发明内容

鉴于现有技术存在上述不足，本发明所要解决的技术问题是寻求一种新制备方法，调整二氧化锡基纳米气敏材料的微结构，改良其气敏特性。本发明利用易于制备的微纳米球状羟基锡酸镍为前驱物，通过焙烧，使羟基锡酸镍分解成氧化镍/二氧化锡混杂微纳米球。本发明提供了一种工艺简单、成本低的多孔结构的氧化镍/二氧化锡微纳米粉体的制备方法，可以制备出高纯度的多孔微纳米球状氧化镍/二氧化锡粉体。

多孔氧化镍/二氧化锡微纳米球的制备方法，步骤如下：

a：混合工序：将五水合四氯化锡原料溶于水，或锡酸钠原料溶于水，配制锡酸钠溶液，用氢氧化钠溶液调节溶液的pH为12.0-14.0，再加入浓氨水（质量百分浓度为25.0-28.0%）；

将六水合硫酸镍溶于水，得到绿色透明溶液；

在转速为10-180转/分钟的磁力搅拌下，将上述锡酸钠和氨水的混合溶液与硫酸镍溶液混合得到浑浊溶液；

五水合四氯化锡或锡酸钠与六水合硫酸镍的摩尔比为1：0.8-1；

氨与六水合硫酸镍的摩尔比为（6-100）：1；

加入若锡酸钠溶液的pH高于14.0或不加入氨水时，则得浅绿色胶体状沉淀物，产物没有特定的形貌，且产物中混杂氢氧化镍；

b：陈化工序：将得到的浑浊溶液在0-80℃下静置陈化0.5-12h，然后将沉淀物过滤、洗涤、干燥，得到浅绿色球状羟基锡酸镍前躯物；

c：煅烧工序：将b陈化工序的前躯物在300-900℃焙烧0.5-4小时，自然冷却到室温后，即可。