[发明专利]一种低温检测甲醛的铈掺杂二氧化锡传感材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种低温检测甲醛的铈掺杂二氧化锡传感材料的制备方法，本发明属于气体传感技术领域。采用溶剂热法，以水、乙醇为溶剂，以一定比率的锡源和铈源为反应物，在一定反应温度下，制备得到了粒径约为20 nm的八面体形且分散性好的纳米材料。本发明还提供了铈掺杂二氧化锡气敏元件的制备，该气敏元件检测甲醛气体的最佳操作温度为100℃，有良好的灵敏性和响应恢复特性。对不同有化合物乙醇、丙酮、乙酸乙酯、甲醇、异丙醇不敏感，有好的选择性。该气敏材料的制备具有成本低，能耗少等优点，有较好的实际应用价值。

技术领域

本发明属于传感技术领域，具体涉及采用溶剂法制备一种铈掺杂二氧化锡纳米材料，该传感材料具有低温检测甲醛的气敏性质。

背景技术

二氧化锡是带宽较宽的带隙半导体，在300 K时电位差为3~6 eV。由于其电学和微观结构特性可控，使得其在气体传感器、催化剂、变阻器等应用中都非常广泛。二氧化锡由于其特殊性质而成为气体传感器应用的理想材料。基于二氧化锡纳米材料的传感器被广泛应用于检测氧化和还原气体。此外，它已被用于检测挥发性有机物化合物（VOC），但由于其选择性较差，因此在应用方面受到一定阻碍，需要进行一些修饰以改善其传感特性。例如；申请号为CN201310522532.7的中国专利采用水热法制备铝掺杂二氧化锡气敏材料，该气敏材料对氢气表现出良好的选择性和响应性；申请号为CN201711341703.0的中国专利公开了一种镍掺杂二氧化锡气敏材料，该气敏材料对甲醛表现出良好的响应性和稳定性；申请号为 CN201110349806.8的中国专利公开一种高灵敏度的铋掺杂二氧化锡的传感器；申请号为CN201610387048.1的中国专利公开了一种镧掺杂二氧化锡的气敏材料，该气敏材料对甲醛表现出好的响应性和选择性；申请号为CN20151419003.3的中国专利提供了一种锑掺杂花球状二氧化锡的气敏材料，该气敏材料对乙醇表现出了高的灵敏度和响应性；

甲醛是一种有强烈刺激性气味的气体，不仅气味刺鼻，而且会对人体带来很大的危害。短时间接触高浓度甲醛，主要表现为对皮肤黏膜和呼吸道的刺激作用。高浓度甲醛是基因毒性物质，实验动物持续接触高浓度甲醛，导致多种肿瘤发病率增加。对于孕妇和儿童而言，更是要远离甲醛环境。因此，室内甲醛的监测和治理至关重要，开发可高效的检测甲醛的气体传感器非常重要。目前，利用二氧化锡纳米材料制备的甲醛气体传感器有很多，但是现有的甲醛气体传感器还存在着工作温度偏高问题，例如：简单水热法合成的雪松状二氧化锡纳米材料，其制备的气敏元件对甲醛的最佳响应温度是200℃（Journal of Alloysand Compounds 724 (2017) 12−129）；简单溶剂热合成的多孔氧化镍掺杂二氧化锡微球体纳米材料，由其制备的敏感元件对甲醛气体的最佳响应温度240℃（Sensors andActuators B 241 (2017) 298−307）；简单水热法制备的二氧化锡纳米微球其制备的敏感元件对甲醛的最佳响应温度是200℃（Sensors and Actuators B 238 (2017) 264−273）；一锅水热法合成的二氧化锡的空心微球，由其制备的敏感元件对甲醛的最佳响应温度为300℃（Materials Letters 184 (2016) 9−12）；热蒸法合成铒掺杂的二氧化锡纳米带，由其制备的敏感元件对甲醛响应的最佳温度是230℃（Physica B 489 (2016) 33−38）；一锅水热法合成的铟、钯掺杂二氧化锡纳米材料，由其制备的敏感元件对甲醛响应的最佳温度是160℃（Ceramics International 41 (2015) 7329−7336）。

从上述的叙述与举例中可以看出，二氧化锡基作为气敏材料有一定的发展和研究。目前，以二氧化锡基作为气敏材料制备甲醛气敏元件存在一些不足，特别是操作温度过高。本申请与上述的文献报道不同，发明人采用水热方法制备铈掺杂的二氧化锡纳米材料，方法简单，所制备的气敏元件对甲醛低温响应，选择性好，响应恢复时间短。用于微量甲醛的检测，成本低，操作简单，低操作温度，低损耗。

发明内容