[发明专利]一种表面掺杂Au或Pt纳米晶的敏感膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器敏感膜制备技术领域，尤其涉及一种表面掺杂Au或Pt纳米晶的敏感膜的制备方法，可应用传感器或催化等领域。

背景技术

一氧化碳(CO)气体是一种无色、无臭、无味的有毒有害气体，常见于我们的生活当中。凡含碳的物质燃烧不完全时，都可产生CO气体。在工业生产中接触CO的作业不下70余种，如冶金工业中炼焦、炼铁、锻冶、铸造和热处理的生产；化学工业中合成氨、丙酮、光气、甲醇的生产矿井放炮、煤矿瓦斯爆炸事故；碳素石墨电极制造等，而使用柴油、汽油的内燃机废气中也含CO约1％～8％。一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而使血红蛋白不能与氧气结合，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡。因此一氧化碳具有毒性。

氢气(H₂)在空气中则极易发生爆炸，会对人的生命及财产造成很大的损害。因此检测CO和H₂在工业生产、环境保护、医疗护理等方面非常重要。检测CO和H₂的传感器中，有电化学传感器、红外传感器、催化燃烧式气体传感器、半导体传感器等。电化学传感器有着易于中毒的缺点，红外传感器成本高，而且不易携带，催化燃烧式气体传感器则选择性比较差。而半导体气体传感器是通过半导体敏感膜与气体的吸附和反应从而引起其电学特性的变化，通过检测其变化来达到识别和检测其浓度的功能，半导体敏感膜的种类多样，制备工艺简单，成本低，而且可以通过掺杂等手段提高其选择性和灵敏度，因此半导体传感器在检测气体方面有着较好的前景。

在以电阻变化为检测原理的半导体气体传感器中敏感膜的制备是传感器的核心。这是由于半导体传感器是利用敏感膜与反应物发生反应而达到检测敏感物的原理，敏感膜的选择和制备对气体传感器性能有着决定性的影响。

SnO₂或ZnO都是比较成熟的半导体气敏材料，它们在检测CO和H₂有着良好的性能；而合理掺杂的SnO₂或ZnO敏感膜则会使进一步提高气体传感器在检测CO和H₂气体时的灵敏度和稳定性。但是目前应用掺杂的ZnO敏感膜的气体传感器，大部分都是通过溶液反应后将掺杂后的ZnO复合物转移到传感器上，其膜的粘附性较差，有时候还需要与有机粘附剂混合后才能转移到基底上。

因此寻找一种新型掺杂SnO₂或ZnO敏感膜成膜方式对于传感器领域的研究和工业生产都有积极的作用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种表面掺杂Au或Pt纳米晶的敏感膜的制备方法，以制备出掺杂分散Au或Pt的纳米晶颗粒的敏感膜，提高敏感膜的敏感度、选择性以及稳定性。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种表面掺杂Au或Pt纳米晶的敏感膜的制备方法，该方法先在耐高温衬底上生长一层SnO₂或ZnO敏感膜，然后在该SnO₂或ZnO敏感膜上生长一层Au或Pt，最后在退火炉里退火得到表面掺杂Au或Pt纳米晶的SnO₂或ZnO敏感膜。

上述方案中，所述耐高温衬底为SiO₂或Al₂O₃衬底。

上述方案中，所述在耐高温衬底上生长一层SnO₂或ZnO敏感膜，是采用电子束蒸发或者磁控溅射的方式实现的；SnO₂或ZnO敏感膜的厚度为10nm-5000nm。

上述方案中，所述在该SnO₂或ZnO敏感膜上生长一层Au或Pt，是采用电子束蒸发的方式实现的；Au或Pt的厚度为

上述方案中，所述在退火炉里退火，是将表面生长有Au或Pt的SnO₂或ZnO敏感膜放入温度为550℃-1000℃的退火炉里退火30分钟至3小时。

(三)有益效果

本发明的有益效果在于，可以在SnO₂或ZnO敏感膜上掺杂Au/Pt纳米晶颗粒，通过Au或Pt纳米晶颗粒的催化作用，可以有效降低气体吸附的势能，从而提高SnO₂敏感膜的气体吸附效率，同时由于Au或Pt对H₂或CO的催化效果比较好，可以较为显著提高气体传感器对CO和H₂的敏感度、选择性及稳定性。

附图说明