[发明专利]气体传感器用网络结构纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米氧化物合成技术领域，尤其是涉及一种以鸡蛋膜为模板原位合成气体传感器用三维网状纳米金属氧化物的方法。

背景技术

传感技术是一门涉及到物理学、电子学、材料学、化学等多门学科的综合性学科，是一门高新技术学科，已经受到美国等诸多国家的关注，我国也已经把传感技术研究列为“九五”国家重点科技项目之一。其中，气敏传感是传感技术的一个重要分支它能将气体的浓度等信息转换成电气信号，借此获得该气体在大气环境的存在情况，从而进行检测、报警等。经过半个多世纪的发展，气体传感已经有数百种，具有灵敏度高、响应时间快、使用方便等优点。

井矿事故中70%都是由瓦斯爆炸引起的，甲烷是瓦斯的主要成分，占95%。当空气中混有5-16%的甲烷是就会发生爆炸；CO是造成煤气中毒的主要成分，中毒后窒息死亡；工业的发展使得大量煤炭燃烧，向空气中排放大量的SO₂、H₂S等，污染环境；检测司机是否醉驾等等方面都可以用到气敏传感器。

气敏传感器的核心是气敏材料。研究的较多的是金属氧化物半导体气敏材料，克服了有机材料传感器对温度不稳定等因素。其中，研究的较多且较完善的是SnO₂系、ZnO系、Fe₂O₃系，近年来对In₂O₃的研究也较多。SnO₂是研究和应用最多的半导体材料，添加Pt、Pd等贵金属有效地提高对CO、Cl₂、NH₃、H₂S、等无机气体和乙醇、甲苯等有机气体的检测灵敏度和响应时间，但是贵金属价格昂贵，而且在环境中某些成分（如NO₂，SO₂等）的作用下要发生催化性能下降现象。由于催化剂的中毒，会使元件的长期可靠性受到损坏。 

  有文献报道，分层、多孔及空心结构的纳米晶体能够促进气体的弥散和反应动力学，并具有很高的比表面积，从而能够提高气敏传感器的灵敏度和响应恢复特性。所以研究分层、多孔及空心结构材料对新型气体传感器具有重要的指导作用。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种气体传感器用网络结构纳米材料的制备方法。

一种气体传感器用网络结构纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将金属硝酸盐置于反应器中，加入醇和水定容至浓度为0.5mol/L；

（2）向步骤（1）制得的溶液中加入鸡蛋膜，浸渍1～2小时后取出，自然晾干；

（3）将经步骤（2）处理得到的鸡蛋壳内膜置于管式炉中，控制升温速率为3～4℃/s，升温至640～660℃煅烧1～2小时，自然冷却至室温即可。

步骤（1）中所述的金属硝酸盐为硝酸锡，或硝酸铟，或二者的混合物溶液。

步骤（1）中所述的醇为乙醇、异丙醇、乙二醇中的一种或两种混合。

步骤（1）中所述的醇和水的体积比为1:5～1:9。

所述的盐酸溶液为质量分数7-9%的盐酸溶液。

本发明中，所述硝酸盐、醇、盐酸均为化学纯。

本发明方法所得产物的结构、形貌、组成进行表征，分别选用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N₂吸附比表面积测试仪（BET）等手段进行表征。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）目前商业化的气敏材料大多掺入了催化剂，如贵金属、金属氧化物等，以提高灵敏度和缩短响应恢复时间。本发明制备了纯的网状纳米氧化铟，氧化锡以及氧化铟锡，提高了部分灵敏度和缩短部分响应时间，未进行贵金属Pt、Pd或其他稀土金属的掺杂，有利于节约成本；

（2）对于氧化铟、锡类N型半导体发生在表面的化学变化涉及到两种主要反应，空气中的氧在表面夺取电子，变成化学吸附氧：O₂+2e→2(O^-)ads，吸附态的负氧离子是表面电子浓度降低，材料表面电导发生变化，再与气体发生相应变化：

R+(O^-)ads→ R(O)ads +e，本发明制得的网状材料有利于得到大的比表面，更有利于气体的吸附、扩散，电子或负氧离子的传递转移，缩短响应时间；也有利于气体迅速被抽离，缩短恢复时间，使响应更安全有效；

（3）本发明分别采用简单无机盐作为反应物，具有很强的通用性；