[发明专利]氧化锡/多酸/氧化钨三层同轴纳米纤维气体传感材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种氧化锡/多酸/氧化钨三层同轴纳米纤维气体传感材料及其制备方法。该材料主体是三层同轴纳米纤维材料，核层为氧化锡，中间层为多酸，壳层为氧化钨，三种物质以三层电缆状分布。在一定工作温度下，能够利用电化学信号的变化检测空气中乙醇等气体的存在。该材料由同轴静电纺丝方法结合氧化煅烧制备，方法简单，成本很低，能有效地检测空气中低浓度的乙醇等气体，适用于多酸型高性能气体传感器的开发和生产。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，涉及一种氧化锡/多酸/氧化钨三层同轴纳米纤维气体传感材料及其制备方法。

背景技术

乙醇，俗称酒精，是一种有机物，分子式C₂H₆O,乙醇在常温常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体。乙醇蒸汽能与空气形成爆炸性混合物，能与水以任意比例互溶。乙醇的用途很广，可用乙醇制造醋酸、饮料、香精、燃料、燃料等。医疗上也常用体积分数为70％-75％的乙醇用作消毒剂，在国防化工、医疗卫生、食品工业、工农业生产中都具有广泛用途。由于乙醇易挥发，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能易引起燃烧爆炸。与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。乙醇气体极易通过吸入、食入、经皮吸收等途径进入人体。人体吸入过多的乙醇会出现意识丧失、瞳孔扩大、呼吸不规律、休克、心力循环衰竭及呼吸停止等生命危险；更严重者可引起多发性神经病、慢性胃炎、脂肪肝、肝硬化、心肌损害及器官性精神病等。皮肤长期接触可引起干燥、脱屑、皲裂和皮炎。基于以上分析，对乙醇气体的检测显得尤为重要。

气体传感器是一种可以将气体的某些信息包括浓度和种类转换为可被利用的数据信息的装置。它利用各种气体的物理性能和化学性能将环境中的被监测的气体的变化情况转化为易处理的电信号，从而使人们能正确有效的控制和应用。是实现自动检测和自动控制的首要环节。半导体材料是气体传感器的核心之一，灵敏度高，操作简单。实现低成本、高性能气敏材料的实际应用，急需新型半导体材料的发展。迄今为止，经过半个多世纪的研究，数十种气敏材料被相继研制、开发和应用。但是，目前研究的热点仍然集中在金属氧化物半导体上，其中，SnO₂、ZnO、TiO₂、WO₃、In₂O₃和α-Fe₂O₃等n型半导体材料占据了气体传感研究领域的90％以上。然而单一组分半导体材料存在着很高的载流子复合率，限制了气敏材料的性能。这也成为了限制气敏材料发展的一大科学问题。随着半导体气体传感器的研究不断深入，人们发现，构筑合理的异质结，可以明显提高半导体材料的气敏性能。在零维纳米颗粒的材料中，在晶粒边界处，由于存在缺陷，会导致电子和空穴对的大量复合；同时，还会存在方向随机的、较长的载流子迁移路径，这些都限制了材料的气敏性能。而一维结构的材料，如纳米管、纳米棒、纳米纤维，会为载流子提供一个优先的定向迁移路径，有效促进电子与空穴分离，从而提升材料的光电性能。