[发明专利]一种纳米湿度感应材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于湿度感应应用材料领域，涉及一类具有纳米结构的锰酸盐材料及其制备方法。

背景技术

近几年纳米材料的研究成为了很热门的研究领域，新型的纳米材料层出不穷，并且在工业、建筑材料、生物医药和环保等领域得到了很好的应用，取得了很不错的效果。而且随着研究的拓展，纳米材料研究迅速发展成为一门新兴的综合性研究领域，相信将对本世纪科学的发展将起着至关重要的作用。纳米材料由于尺寸上的独特性使其在性能上远远高于普通尺寸的材料，所以纳米材料研究是研究高性能材料的一个很好的方向。因此，纳米材料的研究将会成为二十一世纪化学和材料学科中最活跃的研究领域之一。

在工业和许多研究领域中，常常要精确控制环境的湿度，许多湿度控制器件也就应运而生。但是普通的湿度控制器件的灵敏度会受到这样或那样的限制而无法达到很高的精确度，所以近几年许多科研工作者进行了纳米湿度感应材料的研究，以期望通过改变材料的尺寸来达到提高灵敏度的目的。经过许多人的努力，已经研究出了不少纳米湿度感应材料。经试验证实这些纳米湿度感应材料在灵敏度方面确实有了很大的提高。但是，大部分这类纳米材料的制作过程很繁琐，而且常用到成本很高的药品，使得这些材料的工业化过程受阻，很难进行规模化生产，所以如何精简制作过程，降低制作成本成为了纳米材料研究中的一个切实需要解决的问题。这个问题解决了，纳米材料将会蓬勃发展起来。

发明内容

本发明为了解决纳米湿度感应材料制备中的过程繁琐和成本过高的问题，进而有利于纳米湿度控制材料的工业化。我们的研究结果表明，用低价的药品并且通过简单的制作过程也可以制备出高性能的纳米湿度感应材料。

化合物MnWO₄为单斜体系，空间群为P12/C1(PDF#720478)，单胞参数为a＝0.484nm，b＝0.576nm，c＝0.499nm。该化合物为片状纳米材料，尺寸范围：长50-100nm，宽50-80nm，厚度15-30nm。

将MnSO₄·H₂O和Na₂WO₄·2H₂O分别溶到去离子水中，同时剧烈搅拌；把Na₂WO₄溶液慢慢滴加到MnSO₄溶液中，加入DMF，继续搅拌；把溶液转移到反应釜中，放入烘箱中在160℃下加热；然后，将反应釜中的沉淀过滤，用去离子水清洗，烘干，即可获得高纯的纳米湿度感应材料MnWO₄。

本发明通过简单的水热反应法，用最简单的无机盐MnSO₄ and Na₂WO₄作为原料，再加入起模板作用的DMF，制备出了高纯的纳米湿度感应材料MnWO₄。通过透射电子显微镜拍照片观察，每一个纳米小颗粒都是单晶，而且尺寸分布比较均匀。进而我们又做了半导体性能方面的测试，发现本化合物是一种离子导体---化合物本身没有导电性，但当表面吸附了水分子时就表现出半导体的性质。正是这种性质，使得本化合物能够对环境湿度的变化进行相应，将湿度的变化转换成电信号的变化，从而成为一种高性能的湿度感性材料。实验表明它的灵敏度要高出普通此类材料2-3个数量级。所以，我们研制出的MnWO₄纳米湿度感应材料极可能在湿度感应应用方面取得重大突破。

具体实施方式

将0.338克MnSO₄·H₂O和0.660克Na₂WO₄·2H₂O分别溶到5ml去离子水中，同时剧烈搅拌。把Na₂WO₄溶液慢慢滴加到MnSO₄溶液中，加入3ml DMF，继续搅拌一个小时。把溶液转移到反应釜中，放入烘箱中在160℃下加热10天。然后，将反应釜中的沉淀过滤，用去离子水清洗几次，用红外烘箱烘干。将产品进行X-射线单晶衍射测试，透射电子显微镜拍照和半导体性能测试。化合物化学式：MnWO₄，化学式量：302.74。