[发明专利]基于氧化锌/钴酸锌复合材料的甲醛传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料的甲醛气体传感器，从下至上依次由带有Pd金属插指电极(3)的Al₂O₃衬底(1)、在Pd金属插指电极(3)和Al₂O₃衬底(1)上采用涂覆技术制备的敏感层(2)组成；其特征在于：敏感层的材料为PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料，且该材料由如下步骤制备得到，

(1)将0.1～0.3克硝酸锌溶于20～50毫升、0.1M盐酸溶液中形成均一的溶液A；然后，将0.05～0.1克钴氰化钾和0.03～0.5克聚乙烯吡咯烷酮溶于50～100毫升去离子水中形成均一的溶液B；再将溶液A和溶液B混合并持续搅拌60～120分钟，密封后放入油浴锅中在60～100℃下反应20～24小时，得到白色的前驱体沉淀物；用去离子水洗涤，并在60～80℃下干燥12～24小时，从而得到Zn₃[Co(CN)₆]₂微球前驱体粉末；

(2)将步骤(1)制备的Zn₃[Co(CN)₆]₂微球前驱体粉末在500～700℃的空气下直接退火2～4小时，得到ZnO/ZnCo₂O₄复合材料；

(3)将步骤(2)制备的10～30毫克ZnO/ZnCo₂O₄复合材料分散在5～10毫升去离子水中，将PdCl₂加入悬浊液中，PdCl₂与ZnO/ZnCo₂O₄的质量比为0.01～0.03：1，搅拌2～4小时后，反应液离心得到沉淀物，用去离子水洗涤，并在60～80℃下干燥12～15小时，然后在350～500℃空气下直接退火2～4小时，得到PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料。

2.如权利要求1所述的一种基于PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料的甲醛气体传感器，其特征在于：Pd金属插指电极的宽度和电极间距均为0.15～0.20mm，厚度为100～150nm，插指电极的对数是5～10对。

3.如权利要求1所述的一种基于PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料的甲醛气体传感器，其特征在于：PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料的粒径为0.6～0.8μm，敏感层的厚度为2～4μm。

4.如权利要求1～3任何一项所述的一种基于PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料的甲醛气体传感器的制备方法，其步骤如下：

(1)Pd金属插指电极的处理

首先分别用丙酮、乙醇棉球擦拭带有Pd金属插指电极的Al₂O₃衬底，再将带有Pd金属插指电极的Al₂O₃衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中，分别超声清洗5～10分钟，最后在100～120℃下干燥；

(2)基于PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料的甲醛气体传感器的制备

将PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料放入研钵中，研磨5～10分钟，然后将研钵中滴入去离子水，再研磨5～10分钟，得到粘稠状的浆料；用小毛刷沾取少量的浆料，涂覆在带有Pd金属插指电极的Al₂O₃衬底上，然后将其在室温下烘干；最后在相对湿度为30～56％RH、温度为20～35℃的环境中，在80～100mA的直流电流下老化20～24小时，从而得到基于PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料的甲醛传感器。

5.如权利要求4所述的一种基于PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料的甲醛气体传感器的制备方法，其特征在于：是使用丝网印刷技术在Al₂O₃衬底上制备Pd金属插指电极，具体是将油墨、Pd粉、稀释剂按1：1：2的质量比进行混合，搅拌调制成浆糊；然后将浆糊注入到带有插指电极图案的丝网版上，在30°～45°的倾斜角度和5～10牛顿压力条件下刮动浆糊，在Al₂O₃衬底上印制电极并烘干，紫外光固化后完成Pd金属插指电极的制备。