[发明专利]基于无铅卤化物钙钛矿的气体传感器及其制备方法

说明书

本发明提供基于无铅卤化物钙钛矿的气体传感器及其制备方法，(1)将1mmol CsI和2mmol CuI溶于1mL N,N‑二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶剂中，在60℃下于手套箱中真空条件下搅拌1小时制得CsCu₂I₃前驱体溶液；(2)将100μL前驱体溶液以3000rpm的速度旋涂到清洁的金叉指电极上来形成CsCu₂I₃薄膜，并在最后5s将100μL乙酸甲酯滴在旋转的金叉指电极中央；(3)将薄膜在手套箱中于100℃退火1小时以蒸发残留的溶剂并促进结晶从而制成CsCu₂I₃气体传感器。本发明用于检测二氧化氮气体。本发明通过观测传感器电阻值的变化检测二氧化氮这种环境污染气体。

技术领域

本发明涉及一种基于无铅卤化物钙钛矿的气体传感器及其制备方法，用于检测二氧化氮，属于气体识别技术领域。

背景技术

二氧化氮(NO₂)作为最主要的环境污染气体对人体健康会造成极大伤害，在吸入NO₂后对肺组织具有强烈的刺激性和腐蚀性，从而损害呼吸道。此外，长期暴露NO₂污染气体环境中，会导致神经衰弱综合征及慢性呼吸道炎证等慢性疾病。NO₂还是酸雨的成因之一，所带来的环境效应包括：对湿地和陆生植物物种之间竞争与组成变化的影响，大气能见度的降低，地表水的酸化、富营养化以及增加水体中有害于鱼类和其它水生生物的毒素含量。因此，对环境污染气体的实时监测对人民身体健康和环境保护意义重大。

目前环境中的NO₂的主要检测方法为盐酸萘乙二胺分光光度法，然而该方法操作复杂、仪器体积庞大、检测费用昂贵，难以满足便携实时检测的需求。由于电阻式气体传感器具有成本低廉、结构简单、灵敏度高、响应速度快等诸多优点，已成为环境污染气体检测领域的研究热点。性能良好的气体传感器通常具有灵敏度高，响应时间短，恢复时间短，稳定性和可靠性高的特点。基于电阻测量的气体传感器按照活性材料可分为金属氧化物，钙钛矿和聚合物。在这些气体传感器中，基于金属氧化物的传感器具有价格低廉的优势，但它们必须在较高的温度下工作并且具有较长的响应和响应时间，这阻碍了它们在气体监测中的应用。

卤化物钙钛矿材料的大比表面积和室温高载流子迁移率使其极其适合作为电阻式室温气体传感器的气敏材料。目前已有许多文献报道了利用卤化物钙钛矿材料制作新型的气体传感器。虽然取得了一些进步，但是但仍然存在以下问题：传感器化学和结构稳定性较差；采用pb这种有毒元素进行传感器的制作不利于环境保护；对NO₂检测下限不够低。

发明内容

基于以上问题，本发明提供了一种基于无铅卤化物钙钛矿的气体传感器及其制备方法，通过该气体传感器和电阻测量电路检测电阻值的多少，通过电阻值变化识别二氧化氮气体。

基于无铅卤化物钙钛矿的气体传感器的制备方法，各物料按照以下用量的比例，包括以下步骤：

(1)将1mmol CsI和2mmol CuI溶于1mL N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的v：v＝4：1，在60℃下于手套箱中真空条件搅拌1小时制得CsCu₂I₃前驱体溶液；

(2)将100μL前驱体溶液以3000rpm的速度旋涂到清洁的金叉指电极上来形成CsCu₂I₃薄膜，并在最后5s将100μL乙酸甲酯滴在旋转的金叉指电极中央；

(3)将薄膜在手套箱中于100℃退火1小时以蒸发残留的溶剂并促进结晶从而制成CsCu₂I₃气体传感器。