[发明专利]一种基于钯杂化四氧化三铁纳米材料构建的气敏传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于钯杂化四氧化三铁纳米材料构建的气敏传感器的制备方法及应用。具体是基于钯杂化四氧化三铁纳米材料构建的检测有机气体含量的气敏传感器，属于新型功能材料、环境监测和气敏传感器技术领域。

背景技术

挥发性有机物，常用VOC表示，按照世界卫生组织的定义沸点在50℃-250℃的化合物，室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。

按其化学结构的不同，可以分为：烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他等八类。挥发性有机物的主要成分有：烃类、卤代烃、氧烃和氮烃，它包括：苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。

气体与人类的日常生活密切相关，随着人们对空气质量要求的提高，对空气质量的检测成为人们关注的焦点。

对气体的检测已经成为保护和改善生态居住环境不可缺少的手段，常见的有机气体的检测方法通常有气相色谱法、分光光度法和气敏传感器法等，其中因气敏传感器法具有简便、快速、灵敏度高、不需要复杂的预处理等特点，在检测有机气体中扮演着重要的角色，被广泛地应用到生活场所、工业生产、大气环境监测等各个领域，并发挥了极其重要的作用。

因此制备具有灵敏度高、响应快速、恢复时间短等特性的气敏传感器成为环境监测和气敏传感技术领域的研究热点和难点。

气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它是一种基于声表面波器件波速和频率随外界环境的变化而发生漂移的原理制作而成的一种新型传感器。

它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。其应用主要用于：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、丙酮气体的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测、多种有机气体或挥发性物质的检测等。

灵敏度是气敏传感器气敏特性的重要表征。灵敏度定义为传感器在大气气氛中的电阻值R_a与传感器在一定浓度的被测气体气氛中的电阻值R_g的比值，即

现阶段气体传感器多为旁热式半导体敏感结构的传感器，采用新型的纳米功能材料作为气敏传感器的气敏传感材料，该材料主要集中在半导体氧化物及其复合物。

Zhihui Ai等人采用Fe₃O₄作为气敏传感材料制备了一种乙醇传感器，Fe₃O₄作为一种n型半导体，已被广泛用作气敏传感材料，纳米玫瑰花状的Fe₃O₄对200 ppm的乙醇的灵敏度为4.59，其灵敏度较低（参见：Zhihui Ai, Kejian Deng, Qianfen Wan, Lizhi Zhang, Shuncheng Lee，Facile Microwave-Assisted Synthesis and Magnetic and Gas Sensing Properties of Fe₃O₄ Nanoroses，J. Phys. Chem. C，2010, 114, 6237–6242）。

目前，探究催化活性高、稳定性能好的气敏传感材料已成为制备气敏传感器的核心问题和亟待解决的难点。

本发明提供了一种高灵敏、快捷、方便的气敏传感器，适用于乙醇、丙酮、甲醛、甲醇、正丁醇、甲苯和二甲苯的检测。

发明内容

本发明制备了一种基于钯杂化四氧化三铁纳米材料构建的气敏传感器，并将其应用于乙醇和丙酮的检测。

该气敏传感器是以一种钯杂化四氧化三铁（PdFe₃O₄）纳米材料作为气敏传感材料，通过杂化贵金属钯，可显著提高四氧化三铁对气体检测的灵敏度，同时缩短了响应—恢复时间，对实际应用具有重要的意义。

本发明的一种基于钯杂化四氧化三铁纳米材料构建的气敏传感器，其制备步骤如下：

（1）取PdFe₃O₄纳米材料置于研钵中，加入无水乙醇，研磨10 ~ 20 min，直至糊状；

（2）将糊状的PdFe₃O₄纳米材料均匀涂覆在绝缘陶瓷管表面形成涂膜，至室温干燥；

（3）将陶瓷管两侧的铂丝以及加热丝与底座进行焊接；