[发明专利]一种基于ZnO/SnO2异质结构复合材料的乙醇气体传感器及其制备方法

摘要

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ZnO/SnO2异质结构复合材料的高灵敏度和低检测下限的乙醇气体传感器及其制备方法。本发明使用两步水热法制得ZnO/SnO2复合材料敏感材料，利用SnO2和ZnO之间所形成的异质结构以及两者对乙醇的协同催化作用，进而有效地提高了传感器对于乙醇的气敏特性。此外，在低浓度范围内，复合材料对乙醇气体有较好的响应，甚至可以对ppb量级的乙醇气体进行检测。器件工艺简单，体积小，适于大批量生产，因而在检测乙醇含量方面有广阔的应用前景。

主权项

1.一种基于ZnO/SnO2异质结构复合材料的乙醇气体传感器，其由外表面带有2个分立的环形金电极的Al2O3绝缘陶瓷管、穿过Al2O3绝缘陶瓷管内部的镍镉合金线圈以及涂覆在Al2O3绝缘陶瓷管外表面和环形金电极上的敏感材料薄膜构成，其特征在于：敏感材料为ZnO/SnO2异质结构复合材料，其由如下步骤制备得到，(1)SnO2空心球的制备：①首先，将0.3～0.6mL、质量分数为36～38％的浓盐酸加入到30～40mL、体积比为10：1的乙醇与水的混合溶液中，然后在室温磁力搅拌的条件下将0.1～0.2g氯化亚锡SnCl2·2H2O加入到上述溶液中；②将前一步骤获得的溶液超声20～30min，然后在150～200℃条件下水热反应20～30h，反应结束后用去离子水和乙醇对获得的白色沉淀进行离心洗涤；最后将洗涤后产物在空气中干燥10～12小时，再在400～450℃下煅烧1～2小时，从而得到了由SnO2纳米颗粒组装而成的SnO2空心球，空心球的直径在200～400nm之间，球壳厚度在100～150nm；(2)ZnO/SnO2异质结构复合材料制备：①在磁力搅拌的条件下将0.03～0.05g前一步骤制备得到的SnO2空心球分散在30～50mL的乙醇中，接着向得到的悬浊液中分别加入0.01～0.03g的ZnCl2和0.03～0.05g的六次甲基四胺，然后将混合溶液搅拌3～5h，产物离心后在400～450℃条件下烧结2～4h；将得到的粉末再次溶解到30～50mL的乙醇中，向得到的悬浊液中分别加入0.01～0.03g的ZnCl2和0.03～0.05g的六次甲基四胺，然后将混合溶液搅拌3～5h，产物离心后在400～450℃条件下烧结2～4h；再次将得到的粉末再次溶解到30～50mL的乙醇中，向得到的悬浊液中分别加入0.01～0.03g的ZnCl2和0.03～0.05g的六次甲基四胺，然后将混合溶液搅拌3～5h，产物离心后在400～450℃条件下烧结2～4h；从而在SnO2空心球表面制备得到ZnO种子层；②将前面步骤得到的产物再次溶解到30～50mL乙醇中，加入0.06～0.08g的Zn(NO3)2和0.02～0.04g的十六烷基三甲基溴化铵，搅拌均匀后在100～120℃条件下水热反应1～2h，待水热反应结束后将获得的产物离心洗涤并干燥，最后将干燥后的产物在400～450℃条件下煅烧2～4小时，从而得到ZnO/SnO2异质结构复合材料粉末。