[发明专利]基于三维蛋白石结构SnO2-ZnO复合物纳米敏感材料的丙酮气体传感器及其制备方法

摘要

一种基于三维蛋白石结构SnO₂‑ZnO多孔空心微球复合物纳米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。开发的传感器为旁热式结构，主要组成部分为镍铬合金加热丝、氧化铝陶(Al₂O₃)瓷管、铂线、金电极和三维蛋白石结构SnO₂‑ZnO多孔空心微球复合物纳米敏感材料。本发明开发了一种对丙酮具有快速响应的高性能的气体传感器，测试结果表明，该传感器对100ppm丙酮的灵敏度高达45.8，检测下限可达到0.25ppm，且对相对湿度为98％的1.8ppm丙酮依然具有较高的灵敏度，具有良好的选择性和可重复性。因此可以得知，本发明所述传感器在丙酮呼气检测电子器件领域有广阔的应用前景。

主权项

1.一种基于三维蛋白石结构SnO2‑ZnO多孔空心微球复合物纳米敏感材料的丙酮气体传感器，为旁热式结构，由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al2O3绝缘陶瓷管衬底、涂覆在陶瓷管外表面和金电极上的纳米敏感材料、置于陶瓷管内的镍铬合金加热线圈组成；其特征在于：纳米敏感材料为三维蛋白石结构SnO2‑ZnO多孔空心微球复合物纳米材料，且其由如下步骤制备得到，(1)首先将0.15～0.50g的聚苯乙烯磺酸钠、0.05～0.35g的碳酸氢钠、10～50mL的苯乙烯依次加入到150～500mL去离子水中，在氮气氛围下水浴加热并搅拌；搅拌0.5～1.5h后，加入0.05～0.35g的过硫酸钾，继续在氮气氛围下水浴加热并搅拌15～20h；(2)反应结束后，将得到的产物用水和乙醇交替的进行离心洗涤，将得到的产物进行干燥，得到聚苯乙烯微球粉末；(3)将5～15g步骤(2)得到的聚苯乙烯微球粉末加入到10～50mL、质量分数95～98％的浓硫酸溶液中，水浴加热搅拌4～6h，将得到的产物用去离子水和乙醇交替清洗5～7次，然后在70～90℃下烘干，得到磺化聚苯乙烯微球粉末；(4)再将步骤(3)得到的0.05～0.18g的磺化聚苯乙烯微球粉末、0.05～0.25g的SnCl2·5H2O和0.05～0.25g的ZnCl2加入到含有0.10～0.20mL、0.1～0.2M稀盐酸和含有0.10～0.20mL、质量分数25～30％过氧化氢水溶液的8～20mL去离子水中，搅拌40～80min直至其全部溶解；(5)将步骤(4)得到的溶液在500～800℃下超声喷雾热分解2～4h，在超声喷雾热分解反应过程中始终以氮气作为载气，并在超声喷雾热分解装置尾部的锥形瓶中收集粉末；将得到的产物用去离子水和乙醇交替清洗5～7次，然后在70～90℃下烘干，再在400～600℃下进行煅烧2～5h，从而得到三维蛋白石结构SnO2‑ZnO多孔空心微球复合物纳米材料。