[发明专利]一种基于SnO

说明书

一种基于SnO₂修饰的NiO纳米结构敏感材料的超灵敏甲苯气体传感器及其制备方法，属于半导体氧化物气体传感器技术领域。传感器结构是由市售的带有2个环形金电极的Al₂O₃绝缘陶瓷管、涂敷在环形金电极和Al₂O₃绝缘陶瓷管上的半导体敏感材料、以及穿过Al₂O₃绝缘陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成。本发明利用N型SnO₂半导体材料修饰的方法对P型NiO半导体敏感材料进行改性，实现了气敏特性的极大飞跃。基于SnO₂修饰的NiO纳米结构敏感材料传感器对甲苯表现出卓越的选择性和抗湿性以及超高的灵敏度(60.2～100ppm)和极低的检测下限(10ppb)。器件工艺简单，体积小，适于大批量生产，在检测微环境中痕量甲苯污染物方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于SnO₂修饰的NiO纳米结构敏感材料的超灵敏甲苯气体传感器及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步与生活水平的提高，人们的生活方式发生了较大变化，越来越多的人在室内花费大量的时间工作和娱乐，室内的空气质量也越来越受到重视。甲苯是室内环境中挥发性有机化合物(VOCs)的代表性污染物之一，可从建筑材料、装饰材料、木质家具和地毯中释放出来。众所周知，它不仅会造成环境污染，而且也直接威胁人类健康。因此，研制具有良好选择性，高灵敏度和低检出限的甲苯气体传感器以实现对环境中甲苯气体的高效检测具有十分重要的意义。

在种类众多的气体传感器中，以半导体氧化物为敏感材料的电阻型气体传感器具有灵敏度高、检测下限低、选择性好、响应和恢复速度快、制作方法简单、成本较低等优点，是目前应用最广泛的气体传感器之一。而对于半导体敏感材料的改性手段主要有以下三种：贵金属担载，异价金属离子掺杂以及形成复合材料，其中，形成复合材料是一种有效的改性方法。大量的研究成果表明，复合材料中所形成的同质结或异质结对载流子浓度和导电沟道有较好的调控作用，可以有效地提升敏感材料的气敏特性。

氧化镍(NiO)是一种重要的P型金属氧化物半导体，由于其具有稳定的化学和电学性质，被广泛应用于储能、锂离子电池、催化剂和气体传感器等领域。对NiO纳米结构传感性能的研究表明，虽然与某些N型金属氧化物半导体相比，其灵敏度相对较低，然而氧化镍在对挥发性有机化合物(VOC)的氧化方面具有优秀的催化活性，这使得对NiO敏感材料的改性变得有意义。本专利中采用形成纳米半导体异质PN结的方法制备出了SnO₂修饰的NiO纳米结构敏感材料，实现了气敏性能极大地飞跃，

发明内容

本发明的目的是提供一种基于SnO₂修饰的NiO纳米结构敏感材料的超灵敏甲苯气体传感器及其制备方法。

利用SnO₂修饰的NiO纳米结构作为敏感材料，一方面未经修饰的NiO纳米花球具有较强的氧化性，且对多种VOC气体都具有较好的催化氧化活性，可以引起更多的氧分子参与反应；而且，通过对NiO进行SnO₂修饰处理，极大地提高了材料的比表面积(提高了3倍)，使得吸附氧能力增强；此外，由于形成了纳米尺度的半导体异质PN结，实现了对导电沟道的有效调控，即微小的导电沟道厚度的改变引起材料电阻的显著变化。基于以上三方面的共同作用，传感器对甲苯气体表现出超高的灵敏度(60.2～100ppm)和极低的检测下限(10ppb)，此外选择性和抗湿性也有较大提升。本发明所采用的市售的管式结构传感器制作工艺简单，体积小，利于工业上批量生产，因此具有重要的应用价值。