[发明专利]一种基于CuO/CuFe2O4气敏材料的H2S气体传感器的制备方法

说明书

本发明提供了一种基于CuO/CuFe₂O₄气敏材料的H₂S气体传感器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)CuO/CuFe₂O₄气敏材料的制备；制备铜盐溶液；制备亚铁盐溶液；取铜盐溶液和柠檬酸钠混合，然后加入氨水，磁力搅拌得到透明的蓝色溶液；制备纯CuO微球；制备CuO/CuFe₂O₄气敏材料；(2)气体传感器的制备：将气敏材料在研钵中与去离子水研磨至充分混合，均匀涂抹在电极上，置于马弗炉中煅烧，冷却后焊接到电路板底座上，老化一周后即可测试。本发明制备得到的气体传感器对H₂S气体表现出了良好的气敏性能，包括响应速度快、灵敏度高、稳定性好、选择性好、检测线性宽等特点。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种基于CuO/CuFe₂O₄气敏材料的H₂S气体传感器的制备方法。

背景技术

硫化氢(H₂S)是一种危险的、有毒的并且具有恶臭气味的气体，它来源于有机物以及人类和动物产生的废物的细菌分解，食品加工、烹饪、工业造纸厂、制革厂和炼油厂等工业活动。同时，H₂S气体不仅是一种急性剧毒气体还是一种易燃的酸性气体，与空气混合后如果达到其爆炸极限可以引起剧烈的爆炸。特别注意的是H₂S气体还是一种具有臭鸡蛋气味的气体，即使是低浓度时也会麻痹人的嗅觉神经，对人的眼睛和中枢神经系统都有影响，以至于产生错觉；当超过其最高允许浓度10ppm时，还会使人瞬间麻痹瘫痪甚至死亡。所以在设备内检修、进入下水道(井或地沟)、油池清污、检查生产或油罐装置、堵漏、拆卸或安装等作业以及各种生产过程中对于H₂S气体的检测是十分重要的。

目前国内外检测H₂S气体的方法有很多，主要分为化学法、物理法和传感器法，其中传感器法的核心就是气体传感器。金属半导体氧化物是常用的气敏材料，金属半导体氧化物主要分为两大类：n型和p型。其中n型金属半导体氧化物的载流子主要是电子，如ZnO、SnO₂、TiO₂、Fe₂O₃等，p型金属半导体氧化物的载流子主要是空穴，如NiO、CoO等。大多数的气敏材料为n型金属半导体氧化物。CuO是一种禁带宽度仅为1.4eV的窄禁带p型半导体材料，在超导、气体传感器、太阳能电池、电子阴极材料和有机反应中的催化剂等领域具有广泛的应用前景。近年来CuO材料在气敏领域中的研究越来越多，在文献中CuO材料常用探测H₂S、乙醇和CO等气体。尤其是CuO材料对H₂S显示了优异的气敏性能。

然而未经修饰的纯CuO气敏性能较差，例如灵敏度过低、选择性差、长期稳定差以及难脱附等问题，因此需要通过控制晶粒尺寸、提高材料多孔性、增加活性比表面积以及使用添加剂等手段来提高CuO材料的气敏性能。CuFe₂O₄作为一种n型金属半导体氧化物，通过在CuO微球表面生长一层絮状CuFe₂O₄，形成了一中给具有较高的活性比表面积的分级结构；同时，在CuO/CuFe₂O₄界面能形成p-n异质结，这种异质结的形成能改变载流子的浓度和迁移率。由于絮状的CuFe₂O₄能够和气体有效的接触，气体可以通过这种分级结构快速地向CuO/CuFe₂O₄界面进行扩散，因而该结构的气敏材料可以大幅度地增强对目标气体的灵敏度和响应速度；所以，基于CuO/CuFe₂O₄分级结构的气体传感器有望成为一种新的H₂S气体传感器。

发明内容