[发明专利]一种基于铁酸锌纳米敏感材料的乙醇气体传感器及其制备方法

说明书

本发明属于氧化物半导体气体传感器技术领域，提供一种基于铁酸锌纳米敏感材料的乙醇气体传感器及其制备方法。本发明以锌盐、铁盐、有机配体、有机溶剂为原料，混合物超声分散后，进行溶剂热法反应，产物经洗涤、干燥、高温煅烧过程后得到中空纺锤结构的铁酸锌纳米敏感材料；最后采用铁酸锌纳米敏感材料构筑外热式的乙醇气体传感器。本发明的有益效果为：原料易得，成本低廉，方法简单；铁酸锌纳米敏感材料为中空结构，有较高的比表面积，且其表面有丰富的吸附氧官能团，能够提高材料的气敏性能；乙醇气体传感器工作温度低，是一种低能耗的乙醇气体传感器。

技术领域

本发明属于氧化物半导体气体传感器技术领域，涉及一种基于中空纺锤结构的ZnFe₂O₄纳米敏感材料的乙醇气体传感器及其制备方法。

背景技术

乙醇作为一种易燃、易挥发的无色透明液体在人们的生活以及国防化工、医疗卫生、食品工业、工农业生产中广泛应用。其蒸汽容易与空气形成爆炸性混合物。另外，基于乙醇传感器的酒精呼气检测分析仪逐步取代传统方法鉴别酒后驾驶，以避免人员伤亡和财产的重大损失。因此，为了预防各种事故的发生，对乙醇进行及时、准确的监测和报警是十分必要的。目前存在的乙醇传感器主要包括燃料电池型(催化燃烧式)、金属氧化物半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型等。从使用方便和价格方面考虑，最常用的就金属氧化物半导体型。该类型的气体传感器具有价格低、体积小、结构简单、性能稳定灵敏度高且易与半导体工艺兼容等优点而受到学者的大量关注。

金属氧化物半导体气体传感器的核心是半导体敏感材料，目前Fe₂O₃和SnO₂材料已用于大批量的气敏元件生产，可以用来检测和预报氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化氮、硫化氢等各种可燃气体、有毒气体以及环境污染气体。但是这类半导体气敏材料还存在选择性差、工作温度高等缺点。选择性差会导致传感器容易受到环境中其他气体的干扰；工作温度高，导致传感器能耗高，并且给易燃气体的检测带来潜在危险。

为了提升气敏性能，除了探索新型材料外，还可以采用先进的材料合成技术对现有的气敏材料进改善。ZnFe₂O₄复合氧化物铁氧体材料用作气敏材料是，具有优良的选择性和稳定性。研究人员利用不同的材料合成方法，通过改变表面状态、晶格缺陷、掺杂金属离子等，来提升材料的气敏性能。近年来，研究人员开始考虑中空结构来提高材料晶粒表面的利用率并加快气体分子在材料表面的扩散速度。一类新兴的具有周期性网络结构的晶态多孔结构的金属有机骨架化合物(MOFs)可以作为一种通用的模板或前驱体来制备中空多孔结构的功能纳米材料。这种结构具有高的比表面积和不易发生团聚的规则结构。有机配体的种类、添加剂的用量以及材料合成的温度课导致灵敏度、选择性和工作温度等气敏性能产生显著差异。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明一种基于中空纺锤结构的铁酸锌纳米敏感材料的乙醇气体传感器及其制备方法，实现对乙醇气体的低功耗检测。

为了大多数上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于中空纺锤结构的铁酸锌纳米敏感材料的乙醇气体传感器，所述的乙醇气体传感器为外热式结构，包括ZnFe₂O₄纳米敏感材料层、Al₂O₃陶瓷管、Pt导线、两个金电极、电热丝，其中ZnFe₂O₄纳米敏感材料为中空纺锤结构。