[发明专利]一种基于八面体结构NiO/Zn2

说明书

一种基于八面体结构NiO/Zn₂SnO₄复合敏感材料的丙酮气体传感器及其制备方法，属于半导体氧化物气体传感器技术领域。其是由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al₂O₃绝缘陶瓷管、涂敷在环状金电极和Al₂O₃绝缘陶瓷管上的八面体结构NiO/Zn₂SnO₄复合敏感材料、以及穿过Al₂O₃绝缘陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成。本发明利用形成半导体异质P‑N结的方法对N型Zn₂SnO₄半导体敏感材料进行改性，调控载流子传输通道，提高协同催化活性，改善了选择性。在最佳工作温度300℃下。该材料对丙酮表现出较高的灵敏度(49.8‑100ppm)，超低的检测下限(1.4‑0.1ppm)，具有快速响应和恢复速率以及良好的选择性，在检测微环境中丙酮含量方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于八面体结构NiO/Zn₂SnO₄复合敏感材料的丙酮气体传感器及其制备方法。

背景技术

随着工业的进步，科学技术的迅猛发展，在人们的日常生活中，时常会接触到各种气体，一些具有刺激性的易燃易爆、有毒有害的气体给人们的生产生活以及人体健康带来了严重的威胁。其中，丙酮是一种用于生产有机玻璃，聚碳酸酯等工业材料的重要有机合成原料，亦是一种良好溶剂，丙酮的挥发和泄露不仅会使人们出现乏力、恶心、头晕、头痛、易激动甚至昏迷的情况，如果在高热，明火存在的环境下还极易发生燃烧爆炸等情况。临床诊断表明，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。由此可见，探索构筑性能良好的丙酮气体传感器的有效方法对于生产生活以及医疗诊断具有重要意义。在众多气体传感器中，具有高性能，小尺寸，容易制作，成本低和便于实时在线监测的特点的基于氧化物半导体式的元件，是目前应用范围最广泛的气体传感器之一，一直是气体传感领域的研究热点。然而，在实际应用中，提高传感器的灵敏度，选择性，降低检测下限一直是本领域的努力方向。

Zn₂SnO₄是一种重要的三元n型半导体金属氧化物材料，其禁带宽度为3.6eV，具有反尖晶石结构，因其具有高的电子迁移率、导电率、低的可见光吸收以及高的化学敏感特性，使其在锂离子电池、太阳能电池、光催化剂以及气体传感器领域具有广泛的应用前景。大量研究表明，复合材料中所形成的异质结对载流子浓度和导电沟道有较好的调控作用，可以有效地提升敏感材料的气敏特性。

在本研究中，通过浸渍的方法，进行金属氧化物担载，制备八面体结构 NiO/Zn₂SnO₄复合敏感材料，两种半导体氧化物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，从而实现了传感器气敏特性的极大改良。

发明内容

本发明目的是提供一种基于八面体结构NiO/Zn₂SnO₄复合敏感材料的丙酮气体传感器及其制备方法，该制备方法具有操作简单、成本低廉的特点。

本发明首先以四氯化锡和硫酸锌为原料，十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，氢氧化钠为碱化剂，水作为溶剂，利用水热反应得到前驱体材料，高温退火后得到纯相锡酸锌粉末，然后将其与硝酸镍溶解在乙醇溶剂中，长时间剧烈搅拌后烘干，将得到的粉末在空气氛围中烧结，得到八面体结构NiO/Zn₂SnO₄复合敏感材料。