[发明专利]一种基于CdSnO3

说明书

一种基于CdSnO₃钙钛矿结构纳米半导体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。其由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的陶瓷管衬底，涂覆在陶瓷管外表面和金电极上的CdSnO₃钙钛矿结构纳米半导体敏感材料和置于陶瓷管内的镍铬加热线圈组成，加热方式为旁热式。本发明利用CdSnO₃对丙酮气体有较短的响应时间和恢复时间及较高的响应值，开发出了具有高性能的丙酮气体传感器。传感器的检测下限可以达到0.2ppm，另外传感器还有很低的电阻，便于集成，在环境监测方面具有良好的应用前景。本发明制作的丙酮气体传感器制作工艺简单，制备方法步骤简便，成本低廉，适合工业上批量生产。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种基于CdSnO₃钙钛矿结构纳米半导体敏感材料的丙酮气体传感器及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展和社会的进步，人们可以接触到有毒有害气体的途径也逐渐变多，化石燃料燃烧所产生的气体、家庭装修产生的有害气体和工厂储存的挥发性有机物等，都存在着危害人们生命财产安全的风险。丙酮是工业生产中所需的重要原料，它易燃易挥发，被人体吸入后会对人体造成健康危害。所以开发成本低廉且实用的丙酮气体传感器是十分必要的。目前监测丙酮气体的主要方法有气相色谱法、比色法和半导体传感器法等。其中，气相色谱法具有很高的响应值，且对丙酮气体的选择性也很好，但检测仪器操作复杂且体积较大。比色法操作相对简单，但无法实现连续检测。相比之下，半导体传感器的体积相对较小，操作简便，且可以重复使用。但是目前尚存的不足之处是传感器的响应值、响应时间恢复时间及检测下限这几个重要指标较难兼具。Kim等人制造的WO₃基气体传感器对200ppm丙酮气体的响应/恢复时间为237s/87s^[1]；Li等人制造的SnO₂基丙酮传感器对丙酮气体的检测下限为5ppm^[2]。所以在保证对丙酮气体有一定的响应值的前提下，制造响应/恢复时间更短、检测下限更低的丙酮气体传感器成为了当下的研究热点。

[1]S.Kim,S.Park,S.Park,and C.Lee,Sensors and Actuators B-Chemical209,180(2015).

[2]F.Li,T.Zhang,X.Gao,R.Wang,and B.H.Li,Sensors and Actuators B-Chemical 252,822(2017).

发明内容

本发明的目的是提供一种基于CdSnO₃钙钛矿结构纳米半导体敏感材料的丙酮气体传感器及其制备方法。

本发明所述的一种基于CdSnO₃钙钛矿结构纳米半导体敏感材料的丙酮气体传感器，其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Al₂O₃陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料和置于陶瓷管内的镍铬加热线圈组成；传感器在工作时，通过为镍铬加热线圈通直流电流来提供传感器的工作温度，通过改变电流大小来改变工作温度，通过测量在不同气体环境下两条金电极间的电阻阻值实现检测丙酮浓度的功能；其特征在于：敏感材料为CdSnO₃钙钛矿结构纳米半导体敏感材料，其制备步骤如下：

(1)首先将0.1925g CdCl₂、0.3506g SnCl₄·5H₂O溶解在10～20mL水和乙醇的混合溶剂中(水和乙醇的体积比为2：1)，在磁力搅拌的条件下，依次加入0.21g C₆H₈O₇·H₂O和0.408g氢氧化钠，再向溶液中加入20～30mL水，最后加入0.0018g～0.0089g PdCl₂，搅拌20～40min；