[发明专利]新型钛掺杂氧化钨基甲苯蒸汽检测传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种气体传感元件，特别涉及一种以钛掺杂的三氧化钨材料的高选择性甲苯蒸汽气敏传感元件的制备方法。

背景技术

传感器在现代工农业、信息技术、环境监测等领域具有重要的应用。金属氧化物气敏传感器作为传感器的一个重要分支，已经成为近年传感器研究和开发的重点，是未来气敏传感器的发展方向之一。这种传感器主要是利用金属氧化物半导体的表面电阻遇到被测气体发生变化的原理制成的电子器件，其选择性和灵敏度特性都很优良。

甲苯是重要的化工原料和有机溶剂，是一种无色，带特殊芳香气味的易挥发液体。环境中的甲苯主要来自重型卡车排放的尾气。许多有机物如烟草在不完全燃烧时会产生少量甲苯。同时，甲苯还可以通过消化道和呼吸道刺激人的中枢神经系统，出现乏力、头痛、呕吐，甚至昏迷的中毒症状，是一种有毒气体。目前，国内的气敏传感器主要采用的制备方式多为溅射法，工艺复杂，成本高，缺少对甲苯敏感的高选择性的气敏传感器。

本发明利用溶胶-凝胶法，选择合适的工艺参数(如陈化时间，反应物配比，退火时间等)在市售的陶瓷管外表面上制备WO₃厚膜。陶瓷管内置有加热丝，用以加热陶瓷管。将加热丝和陶瓷管上的铂金丝引出电极分别与引出回路和测试电路相连接，利用WO₃厚膜的电阻随引入甲苯蒸汽而变化，便可测定甲苯蒸汽存在与否。元件表现出了只对甲苯蒸气敏感的高选择性和较短的响应-恢复时间的气敏特性。对于其他常见的有机蒸气，如甲醛，甲醇、乙醇等不敏感，可在众多的混合有机蒸气中，检测出甲苯蒸气的存在与否，工艺简单，成本低廉，具有良好的响应-恢复时间和选择性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供了一种工艺简单、重复性好，选择性高的二氧化钛掺杂三氧化钨基甲苯气体传感器的制备方法。

本发明二氧化钛掺杂三氧化钨基气体传感器的制备方法，步骤如下：

(1)将钨酸铵(NH₄)₆W₇O₂₄·6H₂O，粉末与十六烷基三甲基溴化铵，简称CTAB，倒入去离子水中，用玻璃棒搅拌，使其充分溶解，CTAB与钨酸铵摩尔比为4∶1-5∶1，钨酸铵溶液浓度范围为0.01mol/L-0.02mol/L。

(2)将38％的浓盐酸以物质的量比10∶1滴加到钨酸铵溶液中，在多功能搅拌器下缓慢搅拌，使其充分反应，得到钨酸溶胶。

(3)将无水乙醇与冰醋酸按照体积比10∶1-5∶1混合，然后将钛酸丁酯加入到无水乙醇与冰醋酸混合溶液中，加入的钛酸丁酯的体积与无水乙醇与冰醋酸混合溶液的体积的比值为1∶5-1∶6；

(4)将去离子水和无水乙醇按照体积比为2∶3-2∶4混合；

(5)将去离子水和无水乙醇混合溶液逐滴滴入钛酸丁酯、无水乙醇与冰醋酸的混合溶液中，并持续搅拌2小时，形成稳定的Ti(OH)₄溶胶；其中去离子水和无水乙醇混合溶液的体积与钛酸丁酯、无水乙醇与冰醋酸的混合溶液的体积比值为4∶6-4∶5；

(6)将上述两种溶胶分别置于通风橱中，室温下静置陈化12-24小时，然后在100-120℃下烘干2-3小时后得到两种干凝胶，将两种干凝胶分别充分研磨，研磨时间15-20分钟，将粉末分别用去离子水清洗，并用过滤纸过滤，再次烘干后研磨粉末15-20分钟；清洗过程重复1-3次，分别得到钨酸粉末和Ti(OH)₄粉末。

(7)将上述制备好的两种粉末按Ti、W摩尔比1∶5-1∶9混合，在400℃-700℃温度下，在马弗炉中退火1-3小时。

(8)将制得的粉体材料与十六烷基三甲基溴化铵，按质量比3∶1-5∶1均匀混合，均匀涂到陶瓷管上，在200-300℃下退火20-30分钟，将陶瓷管、加热丝与基座焊接，即形成二氧化钛掺杂三氧化钨基的甲苯气敏传感器。

(9)应用TS-60型老化台，将元件在80-100℃，相对湿度70％-90％RH下老化5-7天后，利用HW-30A型气敏测试系统，根据气敏元件在接触被测气体前后电阻值的变化来测试其气敏特性。

本发明的有益效果在于：

1、用本发明所述的溶胶-凝胶法制备的WO₃厚膜涂在市售的陶瓷或者石英管上，成膜质量好，重复性强，且制作工艺简单，利于批量生产。