[发明专利]甲醛气敏材料及相应的甲醛气敏元件、该元件的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器领域，尤其涉及一种测试气体中甲醛浓度的气敏材料及相应的气敏元件和气敏元件的制作方法。

背景技术

甲醛是一种无色、具有强烈气味的刺激性气体，能与蛋白质结合，被世界卫生组织确定为一类致癌物，并被认为同白血病发生之间存在着因果关系。吸入高浓度甲醛后，会出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛等症状，也可能发生支气管哮喘。皮肤直接接触甲醛，可引起皮炎、色斑、坏死。经常吸入少量甲醛，会引起慢性中毒，出现粘膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎、指甲角化和脆弱、甲床指端疼痛等。 

随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，室内装修已经成为时尚。伴随而来的就是大量含有甲醛的装修、装饰材料纷纷进入室内，产生以甲醛等有毒气体为主要污染源的室内污染。据统计，我国城市新装修房屋中有60%~94%甲醛浓度超过国家标准，且平均浓度可达到国家卫生标准（0.08mg/m3）的3~10 倍，存在严重的健康隐患。

目前甲醛检测方法一般有两种：化学法和仪器法。化学法（分光光度法）主要包括酚试剂法、乙酰丙酮法、变色酸法、盐酸副玫瑰苯胺法、AHMT法等。仪器法主要包括气相色谱法、液相色谱法、离子色谱法、示波极谱测定法等。

作为标准检测方法，甲醛的上述测定方法测量准确度较高，并在不同程度上体现出各自的优点和特色。但是由于上面两类方法均需先在监测现场采集气体样品，再回实验室分析，分析周期长、成本高、步骤繁琐，不能实时地反映室内空气甲醛污染的状况，也无法满足现场大批测点的监测需求。

近年来，国内外出现一些电化学式甲醛传感器用于快速检测室内空气中甲醛含量，具有监测范围宽、携带方便、操作简单等优点。但是电化学式甲醛传感器含有流动电解质溶液，如酸、碱等，往往存在漏液、腐蚀、干涸等种种弊病，使用寿命短。此外这种传感器中使用的工作电极、参比电极、辅助电极的材料都为铂钯等贵金属，材料成本高，并且电极使用寿命短。

半导体传感器具有灵敏度高、响应快、体积小、寿命长、成本低等优点，国内外有人进行了研究：如专利公开号为CN1804609A的中国专利公开了的叠加式敏感层甲醛气敏器件及其制作方法，公开号为CN101144789A的中国专利公开了的甲醛气敏材料及其制作方法以及甲醛气敏器件的制作方法。以上两种甲醛气敏元件虽然对甲醛气体具有灵敏度高、抗干扰性好、相应时间和恢复时间短等优点，但是制作过程复杂、制作条件苛刻，不易于大规模生产，气敏元件工作温度高（260℃－300℃），也存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种灵敏度、抗干扰性、响应时间和恢复时间等各项性能优越的甲醛气敏材料及采用该材料制作的甲醛气敏元件，同时也提供该气敏元件的制作方法。

本发明要求保护的技术方案如下：一种甲醛气敏材料，其特征在于，按重量百分比计算，包括：二氧化锡SnO₂ 68-84 wt %，三氧化二铟In₂O₃ 10-30 wt %，三氧化钨WO₃1-8 wt %，铂Pt和/或钯Pd 1-5%，氧化钙CaO 1-4wt %。

优选的，按重量百分比计算，所述甲醛气敏材料包括：SnO₂ 75-80 wt %，In₂O₃ 14-20 wt %，WO₃ 3-4 wt %，Pt和/或Pd  3-5%，CaO  2-3wt %。

优选的，三氧化二铟和二氧化锡粉末的粒径低于100nm，所述材料平均粒径小于80nm。

优选的，三氧化二铟和二氧化锡粉末的粒径均低于80nm，所述材料平均粒径小于60nm。  

基于上述甲醛气敏材料，本发明还保护一种甲醛气敏元件，该气敏元件中采用上述甲醛气敏材料检测甲醛气体。

优选的，所述气敏元件包括含有上述甲醛气敏材料的气敏层、用于承载气敏层的两层陶瓷基体及设置于两层陶瓷基体之间的加热电极。

本发明还要求保护上述甲醛气敏元件的制作方法，其步骤为：

（1）将设定比例的二氧化锡、铂、钯、三氧化二铟、三氧化钨和氧化钙的粉末放入质量为以上粉末总质量2-4倍的无水乙醇溶液中，混合均匀；

（2）将步骤（1）中混合物进行真空干燥去除无水乙醇；

（3） 将干燥后的混合物粉末制浆形成气敏层浆料；