[发明专利]一种二氧化锡复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种二氧化锡复合涂层及其制备方法，所述二氧化锡复合涂层的制备方法包括以下步骤：a)将二氧化锡和石墨烯混合，依次进行等静压成型和烧结，得到石墨烯/SnO₂复合陶瓷靶材；b)将步骤a)得到的石墨烯/SnO₂复合陶瓷靶材进行磁控溅射，得到二氧化锡复合涂层。与现有技术相比，本发明采用石墨烯对二氧化锡进行掺杂改性，通过控制制备工艺及参数条件，提高石墨烯的掺杂率、减少杂质，并且制备得到的二氧化锡复合涂层厚度均匀，对气敏材料性能的提升有重要意义。实验结果表明，本发明制备得到了石墨烯掺杂的二氧化锡复合涂层，掺杂率高且杂质少；所述二氧化锡复合涂层的厚度均匀，为1μm～5μm。

技术领域

本发明涉及气敏材料技术领域，尤其涉及一种二氧化锡复合涂层及其制备方法。

背景技术

随着科技的进步，人们生活水平虽然提高了，但工农业和人们日常排放的气体也增多了。在这些气体中，有些是易燃易爆的，比如氢气、乙醇、甲烷等气体；有些是具有毒性的，比如硫化氢、一氧化碳等气体。对于这些气体的探测是人们要解决的一大难题，这对于生产和生活具有重大的意义，而气敏传感器扮演着这一不可或缺的角色。半导体气敏传感器是利用气敏材料与被测气体接触后其半导体性质发生变化的原理而制成的器件。这些半导体气敏传感器中，研究较为深入的为表面电阻控制型气敏器件，主要是SnO₂系，由于其具有灵敏度高、稳定性好、响应速度快和恢复时间短等优点，广泛应用于可燃性气体和有毒气体的检测，是目前商业应用和科学研宄最多的气敏材料之一。

气体传感器的气敏性受到很多因素的影响，诸如晶体尺寸、多孔性、组织、小平面、晶粒间的连接方式等等。因此，对其结构、形态及气敏特性有直接关系的制备参数的研究尤为重要。目前，对于二氧化锡气敏传感器的主要研究方向是增大粉体材料的比表面积，以及对其进行掺杂改性，进而提升气敏传感器的敏感性。其中，增大粉体材料的比表面积主要是对气敏材料的纳米化，进而来提升气敏传感器对气体的敏感特性；但是由于气敏材料的纳米化过程较为复杂，应用难度较大。因此，对二氧化锡进行掺杂改性以提高其气敏性能越来越多地受到研究人员的关注。

Hong-nan Zhang等人发现在SnO₂添加Pd制成的厚膜型传感器能够提高对H₂的灵敏度，并且缩短了器件的响应时间和降低了最佳工作温度。该方法是以SnCl₂·2H₂O溶解于乙醇溶液中，然后将PVP、PdCl₂加到上述混合溶液中，磁力搅拌30min，将上述混合溶液加入高压反应釜中，在600℃温度下反应5h，可制备出Pd-SnO₂纳米纤维复合材料，通过对比单纯SnO₂材料对H₂气体的敏感性可以得出，Pd-SnO₂纳米纤维复合材料在H₂浓度为100ppm时，可表现出高度的灵敏性，可显著提升气敏传感器的性能。上述技术方案采用传统液相掺杂法来提升SnO₂传感器对H₂的敏感度，该方法是通过水热法将三种混合物在高温高压下制备出纳米级Pd-SnO₂纳米纤维复合材料。虽然Pd掺杂可对气体的光敏性有所改善，但是经过水热法掺杂，Pd的掺杂量很少，大多数的Pd并未掺杂进去，因此复合粉体掺杂率低，同时水热法制备的复合粉体团聚严重，SnO₂表面团聚许多Pd粉体，而未被Pd掺杂的SnO₂粉体由于表面被Pd所团聚导致光敏性下降。此外，San-juRanifi等人发现在SnO₂中添加2wt％的Fe制成的薄膜型感器可以提升对CO的灵敏度，并且在200℃时对CO具有更好的选择性；甘露等人发现在SnO₂中掺杂CuO制成的薄膜型传感器可以提升对H₂S的气敏性能。