[发明专利]基于PdO@In2O3复合物纳米敏感材料的丙酮气体传感器及其制备方法

说明书

一种基于三维反蛋白石结构PdO@In₂O₃复合物纳米敏感材料的丙酮气体传感器及其制备方法，属于气体传感器技术领域。开发的传感器为旁热式结构，由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al₂O₃陶瓷管衬底、涂覆在陶瓷管外表面和金电极上的三维反蛋白石结构PdO@In₂O₃复合物纳米敏感材料和置于陶瓷管内的镍镉加热线圈组成。本发明开发了一种对丙酮具有快速响应的高性能的气体传感器，测试结果表明，该传感器对100ppm丙酮的灵敏度高达52.3，检测下限可达到0.5ppm，具有快速响应和恢复速率，具有良好的选择性和可重复性。本发明所述传感器在丙酮检测电子器件领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于三维反蛋白石结构PdO@In₂O₃复合物纳米敏感材料的丙酮气体传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，随着生活水平的提高以及医疗技术的发展，人们对于早期疾病诊断越来越重视。其中，以气体传感器作为检测单元的呼气分析作为一种疾病早期诊断手段，由于其具有非侵入性，实惠，快速和简便等优点，在个人医疗保健监测领域占有主要地位。据报道，人体呼出气体中含有的挥发性有机化合物(VOCs)，如丙酮(CH₃COCH₃)可作为生物标志物用于糖尿病的诊断。例如，在糖尿病患者的呼出气中观察到高丙酮浓度超过百万分之1.8(ppm)，而健康人为0.3-0.9ppm。作为气体传感器一个重要分支的半导体式气体传感器，由于其具有价格低、全固态、体积小、可集成化等优点而逐渐进入了人们的视野中。为了通过呼吸分析准确诊断特定疾病，呼吸分析仪必须对目标呼吸生物标志物的痕量浓度敏感。低于ppm或甚至低于十亿分之一(ppb)，并且在非常潮湿(通常为90％相对湿度，RH)的呼出气中对这些生物标志物具有选择性。仍需进一步提高传感器的灵敏度、选择性和稳定性。

在敏感材料研究方面，一维、二维、三维结构的纳米材料、特殊形貌的半导体氧化物以及复合化合物被作为敏感材料广泛用于提高气体传感器的气敏特性。其中，三维反蛋白石结构由于具有特殊的三维大孔有序阵列结构而受到广泛的关注，相比于一维纳米线、纳米棒，二维纳米薄膜等其他结构，其具有较大的比表面积，因而可以提供较多的活性位点，有利于半导体材料与气体分子充分接触，以及气体分子的扩散。

基于这种特殊的多孔结构，通过浸渍的方法，进行贵金属担载，来制备具有三维反蛋白石结构的纳米复合材料，可以进一步提高半导体氧化物传感器的敏感特性，首先，贵金属纳米颗粒具有特殊的催化特性；其次，贵金属纳米颗粒与半导体氧化物敏感材料的复合和可以形成局部的异质结接触，这将提高传感材料的载流子迁移率。

因此，开展具有特殊结构的半导体氧化物敏感材料的设计和制备，以及贵金属的担载和修饰，并将其应用于开发高性能的丙酮气体传感器在呼气检测领域具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的是提供一种基于三维反蛋白石结构PdO@In₂O₃复合物纳米敏感材料的丙酮气体传感器及其制备方法。