[发明专利]一种锶掺杂的LaVO3纳米线及其气敏传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米线材料领域，具体涉及一种锶掺杂的LaVO₃纳米线的制备方法，以及包括该纳米线气敏传感器的制备方法。

背景技术

当今信息技术时代，传感器作为获得信息的主要手段，在物联网、智能家居、工业生产、海洋开发、健康领域中都有广泛的应用前景，受到了各国研究者的高度重视。气敏传感器作为其一个分支，在大气监测、汽车尾气测定、有毒气体的监测、食品安全中发挥着重要的作用。商用气敏传感器SnO₂大多为多孔烧结，其比表面积受到限制，并且商用传感器常常需要加热元件才能工作，其电阻随温度的变化剧烈，从而会影响测试的精度。目前，气敏传感器的发展趋势在于：一提高灵敏度，降低功耗和成本，缩小尺寸，集成化，与整机结合为一体；二增强可靠性，实现元件多功能化、智能化。这就使得纳米结构传感器成为必要。目前，气敏传感器已经采用了纳米颗粒结构，它们比表面积大，表面活性高，对周围环境非常敏感，但是传感器的电阻较大，在高温下容易团聚，严重影响了传感器的长期稳定性和灵敏度。而一维纳米材料不仅具有比表面积大的优点，而且电导率大，在高温下也不易团聚，可显著提高传感器的电导和稳定性。因此，研究人员将纳米管、纳米线、纳米带等一维纳米材料应用于气敏传感领域，并取得了较好的结果。2010年哈佛大学麦立强教授采用水热法合成了单根钒酸银纳米线并研究了其H₂S的传感性能，其灵敏度S在300ppm H₂S时候仅为1.10(S＝Rair/Rg)，且其制备的纳米线长度约为50微米(Liqiang Mai,Lin Xu,Qian Gao,Chunhua Han,Bin Hu,and Yuqiang Pi.Nano Lett,10(2010)：2604–2608)。2013年苏州大学邵名望教授采用水热法制备了一种新型钒酸铟一维纳米材料，该材料能够有效检测氨气和酒精，但是，其纳米线长度约为40微米，且其原料InCl₃.4H₂O价格昂贵(Shanshan Liu,Fei Hu,Jie Zhang,Hanxiao Tang,and Mingwang Shao.ACS Appl.Mater.Interfaces,5(2013)：3208？3211)。因此，很有必要寻找一种合成简便、性能优良的纳米线用于气敏传感器。目前，国内外研究者们研究了钒酸锶镧陶瓷和薄膜材料的电磁性能，Jong-Sung Park等报道了锶掺杂LaVO₃陶瓷材料在燃料电池中作为电极材料的应用。(Jong-Sung Parka,Ian D.Hasson et.al,J.POWER SOURCES196(2011)：7488–7494)。然而，陶瓷块体材料、薄膜二维材料与一维纳米线材料的结构、性能和应用领域均有很大的差异。研究一维纳米线材料有利于推动器件的小型化、集成化，因此很有必要提供一种新型的纳米线的制备方法，并且研究其气敏传感的性能。

发明内容

本发明提供了一种锶掺杂的LaVO₃纳米线及其气敏传感器的制备方法，本发明得到的锶掺杂的LaVO₃纳米线很长，在常温下对氨气有明显的响应，制得的气敏传感器电阻随温度变化小，有效避免了温度变化带来的误差，稳定性好。

本发明的技术方案如下：

一种锶掺杂的LaVO₃纳米线的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：配制前驱液：将偏钒酸铵粉末加入水中，在45—50℃下搅拌30min使其充分溶解，得到偏钒酸铵溶液；将硝酸锶粉末溶于水中，得到硝酸锶溶液；将硝酸镧粉末溶于水中，得到硝酸镧溶液；

步骤2：在步骤1得到的偏钒酸铵溶液中，按顺序分别加入步骤1得到的硝酸锶溶液和硝酸镧溶液，其中偏钒酸铵溶液、硝酸锶溶液、硝酸镧溶液的体积比为5:4:1，得到的混合液用氨水调节PH至4-6.5；

步骤3：将步骤2得到的混合液转移至水热釜并放置于烘箱中，升温至160℃保持16h，自然降温后过滤，过滤得到的产物用水和乙醇洗涤，然后置于真空烘箱中60-80℃干燥8-16h，得到锶掺杂的LaVO₄前驱体；

步骤4：将步骤3得到的锶掺杂的LaVO₄前驱体置于坩埚中并放入管式炉，在650℃、还原气氛下热处理2h，然后随炉降温得到锶掺杂的LaVO₃纳米线。