[发明专利]一种丙酮气敏材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测丙酮蒸气的气敏材料及其应用。

背景技术

目前以氧化物作为丙酮蒸气的敏感材料的研究主要集中在掺杂ZnO、SnO₂、Ga₂O₃、CeO₂、SrTiO₃、NiO、CdIn₂O₄等材料，其中掺杂后得到的WO₃-ZnO和MoO₃-ZnO在测量温度为500℃时，对浓度为20ppm的丙酮气体的灵敏度可以达到60左右，响应时间不长于30秒，恢复时间在20秒之内。CdIn₂O₄在工作温度为350℃时，对1000ppm的丙酮气体的灵敏度达到6左右，响应恢复时间分别为10秒和15秒。经过Eu₂O₃修饰后的SnO₂薄膜，在185℃工作时对1000ppm的丙酮气体的灵敏度为8以上。但是由于乙醇、正丙醇等与丙酮的性质极为相似，这些材料都无法对丙酮气体进行选择性响应，并且对丙酮的最低检测限都较高，给实际应用带来困难。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有丙酮气敏材料由于乙醇、正丙醇的存在无法对丙酮气体进行选择性响应，及对丙酮的最低检测限较高的问题；而提供一种丙酮气敏材料及其应用。本发明获得一种具有良好丙酮选择性的氧化物敏感材料，进一步降低丙酮气体的最低检测限(可检测小于5ppm的丙酮蒸气)，以便更加准确地检测环境中低浓度的丙酮气体的存在；提高这种系统的抗环境干扰能力和重复使用性能，尤其是在重复置于目标气体时，也要达到良好的响应和恢复性能。

本发明的丙酮气敏材料的通式是A_1-xA’_xB_1-yB’_yO₃，其中A为La或Nd，A’为Sr、Sm、Ce或Pb，B为Cr、Ni、Fe或Co，B’为Ti、Mn、Mg或Cu，0≤x≤1，0≤y≤1，x与y不同时为0或1且当其中一个为0时另一个不为1。本发明采用常规的无定形柠檬酸盐前驱体热分解法合成了A_1-xA’_xB_1-yB’_yO₃的三元和四元氧化物粉体。本发明的丙酮气敏材料用作厚膜敏感元件，厚膜敏感元件的厚膜按重量份数比是由84～92份丙酮气敏材料、4～8份玻璃粉和4～8份松油醇组成。

通过对本发明材料制备的A_1-xA’_xB_1-yB’_yO₃基厚膜敏感元件的显微结构进行控制，就可以对低浓度的丙酮进行探测、监控，防止工作环境中的丙酮气体超过所要求的安全限。本发明材料制备的A_1-xA’_xB_1-yB’_yO₃基气敏元件，采用气敏特性测试仪进行测试，在350℃的工作温度下，气敏元件对1ppm丙酮气体的灵敏度达到13.4，响应一恢复时间分别是35和63秒。

与已有技术和材料相比，本发明的优点如下：

1.对丙酮气体的检测浓度降低：文献报道掺杂后得到的WO₃-ZnO和MoO₃-ZnO在测量温度为500℃时，可对浓度为20ppm的丙酮气体进行检测；CdIn₂O₄在工作温度为350℃时，对1000ppm的丙酮气体的灵敏度达到6左右，经过Eu₂O₃修饰后的SnO₂薄膜，在185℃工作时对1000ppm的丙酮气体的灵敏度为8以上；上述材料对丙酮气体检测浓度都很高。而本发明的丙酮气敏材料制作的厚膜敏感元件在300～400℃时可以检测浓度小于5ppm的丙酮气体。