[发明专利]一种棒状ZnO气敏元件的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成棒状ZnO的方法，特别涉及一种采用低温水热法合成棒状ZnO，并应用于一些易燃物的检测领域。

背景技术

随着社会的进步和人们生活水平的提高，讲究生活品质正在逐步成为现代人的主流。但是人们在享受舒适生活的同时，常常为影响身体健康的气体污染而苦恼。在日常生活和工业生产中，我们接触到的易燃、易爆、有毒气体的种类也越来越多，如家庭煤气、CO、硫化氢、矿井瓦斯、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及一些易挥发性的有机物如乙醇、丙酮、苯及苯的同系物等。这些气体若使用不当，造成外泄，就会污染环境，引起爆炸、火灾、中毒等事故，将严重危害人们的生命及财产安全。而这些污染性气体的毒副作用在最初阶段常常是隐性的，不易被人察觉。因此，对这些污染性气体实施实时监控、报警就显得十分迫切。气敏传感器正是适应这种需要的产物。

气敏材料按照材料的类型来分，可以分为聚合物气敏材料、无机物气敏材料、有机-无机复合气敏材料。其中，金属氧化物气体传感器以其灵敏度高、响应快、结构简单、价格低廉而倍受关注。近年来，ZnO基气敏传感器因其制作简单、价格便宜和检测方便而备受研究者的关注。

合成ZnO的方法很多，如共沉淀法、均匀沉淀法、喷雾热解法、溶胶-凝胶法。Cheng等人利用溶胶凝胶法制备的纳米ZnO(10nm)气敏传感器对10ppm以下的甲醇、乙醇、丙醇具有非常高的灵敏度；沈茹娟等人通过室温或低热条件下的固相反应合成前驱化合物，而后热分解制得纳米ZnO，并对ZnO气敏材料进行掺杂改性，结果发现通过掺杂氧化镧、氧化钕对元件的气敏性能有很好的改善，所制的ZnO气敏材料对乙醇气体具有较好的灵敏度和选择性，而且降低了元件的工作温度；Heo等人研究了ZnO纳米线的制备、性质、测试及在N₂中不同浓度H₂和乙烯的气敏性能；Gao等人把分析纯的Zn粉用离子水或0.1M的NiSO₄搅拌分散后，过滤干燥，在管式炉中920℃加热1h得到四针状和多针状纳米ZnO，测试对比了两者对无水乙醇的敏感性能，发现多针态纳米ZnO的气敏性能优于四针状纳米ZnO；Zeng等人研究了纯的ZnO和掺杂TiO₂的ZnO的气敏性能，结果表明：掺杂TiO₂后，气敏性能显著提高，在工作温度为290℃，甲苯浓度为100ppm时，掺杂的传感器的灵敏度达17.1，远高于纯的ZnO的灵敏度。以上合成ZnO的方法一方面过程繁琐，另一方面要经过高温后续处理或是掺杂其它氧化物后才具有高的气敏性能。

本发明采用低温水热法，制备出棒状ZnO，并将其用于乙醇、丙酮的检测，发现其对这两种气体具有较高的灵敏度。

发明内容

本发明的目的在于采用低温水热的方法，利用简单的沉淀反应，在温和条件下合成了棒状纳米ZnO，并将其应用于一些易燃物的检测。

本发明包括以下两个步骤：

(1)棒状ZnO的合成

在室温搅拌条件下，将浓度为4wt.％～12wt.％的NaOH溶液逐滴滴加至醋酸锌溶液中，搅拌30min后，转移至反应釜中，在90～120℃下反应3～12h，经过滤、洗涤和干燥，得到棒状ZnO产物；

(2)气敏性能的测试

将棒状ZnO材料制成气敏元件后，放置在气敏仪上，在气体槽中分别通入5～600ppm的乙醇或丙酮气体，测试ZnO气敏元件对于乙醇或丙酮的灵敏度S：S＝R_a/R_g，其中S为灵敏度，R_a为器件在空气中的电阻，R_g为器件在被测气体中的电阻。

本发明先进性在于：

采用简单的沉淀反应，在低温水热条件下，合成了棒状ZnO，使其可广泛应用于检测环境中的易燃性气体。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

(1)棒状ZnO的合成

在室温搅拌条件下，将浓度为8wt.％的NaOH溶液逐滴滴加至醋酸锌溶液中，搅拌30min后，转移至反应釜中，在120℃下反应12h，经过滤、洗涤和干燥，得到棒状ZnO产物；

(2)气敏性能的测试

将棒状ZnO材料制成气敏元件后，放置在气敏仪上，在气体槽中分别通入200ppm的乙醇气体，测试ZnO气敏元件对于乙醇的灵敏度S为9.82。

实施例二：

(1)棒状ZnO的合成