[发明专利]一种ZnO气敏材料的低温制备方法及其在H2

说明书

本发明公开了一种ZnO气敏材料的低温制备方法及其在H₂S气体传感器中的应用，属于化学传感器技术领域。其中低温制备方法如下：(1)称取Zn(Ac)₂·2H₂O，加入去离子水，并进行搅拌至完全溶解，得到溶解液；(2)移取NH₃·H₂O溶液加入步骤(1)制备的溶解液中，密封，放置烘箱中烘干处理；(3)将步骤(2)中静置处理后的溶解液，去除上层清液，并将剩余物进行离心处理，再次去除上层清液，接着用乙醇超声清洗三次，得到白色凝胶状沉积物，转移至烘箱中烘干处理，最后研磨成粉体，转移至高温处理，即可。本发明着重于降低合成ZnO气敏材料的成本及烧结温度，低碳排放，同时结合MEMS应用在硫化氢气体检测，有着突出的灵敏性及选择性，具有重要的市场应用前景。

技术领域

本发明属于化学传感器技术领域，具体地说，涉及一种ZnO气敏材料的低温制备方法及其在H₂S气体传感器中的应用。

背景技术

氧化锌(ZnO)是ⅡB-ⅥA族半导体化合物材料，其禁带宽度是3.37eV，在常温下自由激子束缚能为60meV。有着独特的量子尺寸效应、表面效应、压电效应等，是非常理想的光电器件材料，在各个领域都得到了广泛的研究。使得氧化锌不但在光学、电学、生物医学等领域发挥重要的作用，而且作为气敏材料用于气体传感器也存在很大的应用前景。因此，不同形态的氧化锌制备一直是很多科研学者研究的热点。制备氧化锌材料的方法较多，主要是直接沉淀法、固相法、熔盐法、液相合成法和气相法。

目前，市场上合成ZnO的方法有很多，主要有直接沉淀法、固相法、熔盐法、液相合成法和气相法。如孟等人使用水热法合成了ZnO多孔微球气敏材料，工作温度在250℃下，对10ppm的甲醛气体的灵敏度为6.3，但此制备方法实验操作复杂，流程较多，需要多次反应烧结，最终烧结温度400℃。汪等人使用静电纺丝技术合成了ZnO纳米纤维气敏材料，工作温度在300℃下，对1000ppm的丙酮气体灵敏度为47，工作温度在400℃下，对10ppm的H₂S气体灵敏度为12，此方法需要实验药品较多，且需要施加8-12kV的电压，烧结温度为600-650℃。张等人用水热法制备了g-C₃N₄/ZnO气敏材料，工作温度在280℃下，对100ppm的乙醇气体灵敏度为84.1，但此方法需要经过两次高温烧结，最终烧结温度在400-450℃，且产物存在着含碳基团，增加了碳排放。此外，用于检测H₂S气体传感器的方法有多种，如电化学型、红外型、金属氧化物半导体(MOS)型、催化燃烧式等。其中，金属氧化物半导体气体传感器因其使用寿命长、操作简单和低成本，同时结合微电子机械系统(MEMS)微加热芯片体积小、功耗低、易于集成等优点，在检测H₂S气体方面具有非常重要的前景。为了响应国家在2030年实现“碳达峰”和2060年实现“碳中和”的背景下，本发明实现低温简单制备ZnO气敏材料，降低碳排放；本发明的ZnO制备方法原材料简单、烧结温度低且可大规模生产，有着广阔的市场应用前景。

现有技术方案：

申请号为201610141734.3、公开号为CN105645460A、公开日期为2016.6.08、名称为一种花状ZnO多孔微球的制备及应用方法公布了将Zn(NO₃)₂·6H₂O、尿素、PEG20000配置成前驱体溶液；然后进行100℃的水热反应，最后在400℃马弗炉煅烧，得到ZnO多孔微球，该实验方法合成需三种合成原料，操作复杂，流程较多，需要多次反应烧结。