[发明专利]一种基于Co‑Sn复合氧化物半导体敏感材料的乙醇传感器

说明书

技术领域

1、本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种利用一步水热方法制备的 Co-Sn复合氧化物半导体乙醇传感器、制备方法。

背景技术

从使用方式上来区分，乙醇传感器分为一次性乙醇传感器和多次重复使用的传感器。研究的热点更多倾向于传感器微型化、快速化、准确化和精确化发展，各种新型材料和新式技术层出不穷，也被广泛应用于乙醇传感器。

乙醇是一种重要的工业原料，广泛应用于化工、食品工业、日用化工和医疗卫生等领域，同时又在石油替代方面具有发展前景。乙醇工业在为国民经济做出突出贡献的同时又是一个污染严重的行业。在常温下易挥发从而进入大气中，可用于消毒，并作为优良的有机溶剂可溶解多种有机物和无机物。目前含乙醇的饮料和食品越来越多，在我国尤其以酒类居多。酒后驾驶的违法事故日趋增加，对交通执法的力度和水平提出了新的要求。因此快速准确检测乙醇的浓度具有非常重要的现实意义和实用价值。

目前，国内外对低浓度乙醇气敏传感器的研究工作都处于起步程度，针对低浓度乙醇气体的专门传感器还没有形成有效的产业化。限制此类传感器实用化的一个主要因素就是传感器的检测下限较高和灵敏度较低。为了使传感器能够具有低检测下限和高灵敏度，可以使用高性能的敏感材料来实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Co-Sn复合氧化物半导体的乙醇传感器、制备方法。本发明通过对半导体材料进行一步复合，可以降低传感器的检测下限，增加传感器的灵敏度，促进此种传感器对乙醇浓度检测的实用化。

本发明所得到的传感器除了具有高灵敏度、低检测下限外，并具有良好的选择性和重复性。该传感器的检测下限为1ppm，因此可用于醉酒驾车和大气环境中乙醇含量的检测，进而判断司机驾驶和大气环境中的安全。

如图1所示，本发明所述Co-Sn复合氧化物半导体乙醇传感器，由外表面带有2个环形金电极5的Al₂O₃绝缘陶瓷管1、涂覆在环形金电极5和Al₂O₃绝缘陶瓷管1外表面的敏感材料2、穿过Al₂O₃绝缘陶瓷管1内部的镍镉合金加热线圈3 和用于测量的Pt线4组成，其特征在于：外表面的敏感材料2为Co-Sn复合氧化物半导体敏感材料。根据灵敏度S的定义公式即S＝R_a/R_g，经过计算可得到传感器的灵敏度。其特征在于：外表面的敏感材料2为Co-Sn复合氧化物半导体敏感材料。一方面钴氧化物的复合改变了锡氧化物纳米片花的催化能力，会提供更多的反应活性位点，进而提高传感器的灵敏度。另一方面Co-Sn复合氧化物颗粒以及颗粒间会形成大量的异质结，这些异质结极大的提高传感器的灵敏度。此外，管式结构的传感器和氧化物半导体的制作工艺简单，利于工业上批量生产。

本发明所述的Co-Sn复合氧化物半导体乙醇传感器的具体制作过程为：

(1)首先将5.88g Na₃C₆H₅O₇·2H₂O、0.9g SnCl₂·2H₂O、0.95g CoCl₂·6H₂O、5mL乙二胺、0.4M NaOH溶液10mL在搅拌的情况下溶于20mL 水，搅拌30分钟形成匀质溶液；

(2)将(1)混合溶液放入45mL聚四氟乙烯釜中密封，放入180℃烘箱中 12小时，结束后自然降温到室温，将样品收集用乙醇和去离子水离心后放到培养皿中80℃保持几个小时，收集样品，在300℃下煅烧2小时，得到Co-Sn复合氧化物半导体敏感材料；

(3)将Co-Sn复合氧化物半导体敏感材料与去离子水混合成糊状，然后均匀涂覆在市售的外表面自带有2个环形金电极5的Al₂O₃绝缘陶瓷管1表面，形成 10～40微米的敏感材料2，陶瓷管的长为4～4.5mm，外径为1.2～1.5mm,内径为 0.8～1.0mm，并使敏感材料完全覆盖环形金电极5；