[发明专利]一种半管状纳米WO3/石墨烯复合气敏材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种三乙胺气敏材料及其制备以及三乙胺气敏器件的制作方法，特别涉及一种半管状纳米WO₃/石墨烯复合气敏材料及其制备方法和在三乙胺检测中的应用，属于半导体气敏元器件技术领域。

背景技术

石墨烯作为一种新型材料，因其具有大的比表面积和二维层状结构，应用到气敏传感器上具有灵敏度高、选择性好、反应快、工作温度低等优点，但石墨烯能够吸附空气中的水分子，受环境湿度影响大[F Schedin,A K Geim,S V Morozov,E W Hill,P Blake,M I Katsnelson,K S Novoselov.Detection of individual gas molecules adsorbed on graphene.Nat.Mater.2007,6:652-655]，而n型半导体纳米WO₃气敏材料因其诸多气敏优异性能近年来备受关注，尤其是纳米WO₃作为气敏材料对空气湿度具有抗湿性[Mana Sri_yudthsak,Sitthisuntorn Supothina.Humidity-insensitive and low oxygen dependence tungsten oxide gas sensors.Sens.Actuators B.,2006,113:265-271]，但是WO₃作为气敏材料本身电阻大、工作温度高(300-400℃)，这就使其应用领域又受到了极大的限制。本发明采用微波水热法原位快速制备出具有半管状的纳米WO₃/石墨烯复合材料，外层纳米WO₃具有抗湿性，内层石墨烯调控了复合材料的电阻，充分发挥了两种材料的优点，实现材料功能一体化，大大提高传感器的传感性能。

三乙胺是一种有机胺类化合物，系统命名为N,N-二乙基乙胺，一种具有强烈氨臭的无色透明液体，在空气中微发烟。微溶于水，可溶于乙醇、乙醚。易燃，易爆，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。具有腐蚀性。有毒，具强刺激性，对呼吸道有强烈的刺激性，吸入后可引起肺水肿甚至死亡。眼及皮肤接触可引起化学性灼伤。目前，有关三乙胺气体检测的气体传感器报道较少，因此，研究和开发新的三乙胺气敏材料及其气敏传感器非常必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种半管状纳米WO₃/石墨烯复合气敏材料，所述材料对三乙胺气体具有较高的选择性，响应快速，灵敏度高，工作温度低。

本发明的技术方案是：一种半管状纳米WO₃/石墨烯复合气敏材料，纳米WO₃在氧化石墨烯表面进行原位生长，最终产物为纳米WO₃包裹石墨烯的半管状纳米WO₃/石墨烯复合材料，其中石墨烯含量为总重量的0.4-0.6％。

所述一种半管状纳米WO₃/石墨烯复合气敏材料的结构如附图1的扫描电子显微镜图所示；其XRD光谱图如图2所示。

复合材料制备：

先用改进的Hummers法制备出氧化石墨烯，再把适量氧化石墨烯均匀分散到无水乙醇中，再加入WCl₆和CO(NH₂)₂，磁力搅拌1h。上述溶液转移到微波反应仪专用反应罐中，采用微波加热，并且辅助磁力搅拌，温度升至170℃-200℃时，保温25-40min，在微波反应仪中自然冷却到室温，得到沉淀物，洗涤，干燥，得到半管状纳米WO₃/石墨烯复合材料。

气敏元件制备：

将得到的半管状纳米WO₃/石墨烯复合材料用纯净水调成浆状物，均匀涂敷在如图3所示带有梳型电极的氧化铝气敏陶瓷片上，在105℃烘箱中干燥，老化，封装。

气敏测试：

将老化好的气敏元件安装到带有加热台的气敏测试系统(北京艾立特公司CGS-1TP智能气敏分析系统)上进行测试。

本发明复合气敏材料具有以下特点：

1)工作温度低：对三乙胺气体，在室温下就能检测到1ppm的浓度，其灵敏度能到7.86(图5)；

2)灵敏度高：在室温对100ppm三乙胺气体的灵敏度高达205.48,10ppm达30.86；