[发明专利]一种Co掺杂的TiO2纳米管阵列薄膜的H2S气敏传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Co掺杂的TiO₂纳米管阵列薄膜的H₂S气敏传感器及其制备方法，属于电子气敏器件技术领域。本发明以阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列，并对其进行过渡金属掺杂，无需对其进行二次处理，即可获得完整透明的二氧化钛纳米管阵列薄膜，并利用该薄膜制备纳米气敏传感器，该传感器对硫化氢气体有良好的灵敏性及选择性。该制备工艺简单，所制得的传感器对硫化氢气体的选择性高、响应/恢复时间短，并实现了气敏传感器的器件化，具有市场发展前景。

技术领域

本发明属于电子气敏器件技术领域，具体涉及到一种Co掺杂的TiO₂纳米管阵列薄膜的H₂S气敏传感器及其制备方法。

背景技术

众所周知，硫化氢是一种有毒气体，具有臭鸡蛋气味，会影响人类神经系统，当浓度达到250 ppm时就会产生致命危险。因此，研究出能够对硫化氢气体具有快速响应且灵敏度高的气敏传感器至关重要。根据响应原理划分，气敏传感器主要分为半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中半导体气敏传感器的应用范围最为广泛。

半导体金属氧化物是主要的硫化氢气体传感器制备材料之一。近年来，In₂O₃，ZnO，SnO₂和Co₃O₄等金属氧化物材料由于其快速的响应及恢复时间、制备过程简单等优点，被用于检测有害气体。但是，选择性和灵敏度仍然有待提高。TiO₂作为一种热门的半导体材料，也被运用于气敏材料的研究中。

与普通的纳米TiO₂材料相比，TiO₂纳米管阵列具有更大的比表面积及更强的吸附能力，因而应具备更高的气敏响应能力，但器件化困难，从而限制了该类传感器的应用。本发明以阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列薄膜，并对其进行过渡金属掺杂，无需对其进行二次处理，即可获得完整透明的二氧化钛纳米管阵列薄膜，并利用该薄膜制备纳米气敏传感器，该传感器对硫化氢气体有良好的灵敏性及选择性。

发明内容

本发明的目的是提供一种Co掺杂的TiO₂纳米管阵列薄膜的H₂S气敏传感器及其制备方法，实现了能快速响应及恢复、具有高选择性的硫化氢气体检测。

一种Co掺杂的TiO₂纳米管阵列薄膜的H₂S气敏传感器的制备方法，步骤如下：

（1）TiO₂纳米管阵列的制备：将钛箔超声清洗，以去除钛箔表面的油污，自然晾干后接电源正极，以铂电极接负极，将两极置入电解液中，在室温下阳极氧化，得TiO₂纳米管阵列；

（2）Co掺杂的TiO₂纳米管阵列薄膜的制备：向步骤（1）阳极氧化后的电解液中加入氯化钴，使TiO₂纳米管阵列浸泡在电解液中，浸泡后清洗，干燥，煅烧，冷却，将钛箔取出后，二氧化钛纳米管阵列薄膜与基底钛箔自然分离，得Co掺杂的TiO₂纳米管阵列薄膜；

（3）Co掺杂的TiO₂纳米管阵列薄膜的H₂S气敏传感器的制备：以陶瓷为基底，正面印刷金电极，背面为加热层，加热层两端印刷金电极，陶瓷基底正反面分别焊接了一对引脚，形成平面电极；将平面电极清洗，晾干，再用小刷子沾取少量粘黏剂涂布至平面电极正面上，并将Co掺杂的TiO₂纳米管阵列薄膜转移至平面电极正面上，自然晾干，煅烧，随炉冷却，得气敏元件；将气敏元件焊接至基座上，再老化，得Co掺杂的TiO₂纳米管阵列薄膜的H₂S气敏传感器。

优选的，步骤（1）所述钛箔的厚度为0.01 mm。