[发明专利]卤素制冷剂检测传感器敏感材料及气敏元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属氧化物半导体气敏元件技术领域，具体涉及一种卤素制冷剂检测传感器敏感材料及气敏元件的制造方法。

背景技术

制冷剂是压缩式制冷机中的工作介质。在制冷系统中循环流动，通过低温下汽化吸热，再在高温下凝结放热达到制冷效果。自20世纪30年代问世以来，氟利昂制冷剂一直被作为最好的制冷剂，用于冷冻机、汽车和家用空调器、电冰箱等行业。然而，20世纪70年代科学家发现这些含有氯元素的制冷剂一旦泄漏到大气中，将逐渐积累，并上升到平流层，破坏那里的臭氧层，使太阳光射到地面的紫外线增多，损害人体的免疫能力，使人类的皮肤癌发病率增高，并对各种生物造成危害。这一严峻问题引起世界各国的关注，氢代(如R600aCH₃CH(CH₃)CH₃)和全氟取代的新型卤素制冷剂(如R134a CH₂FCF₃)逐渐成为制冷剂市场的新宠。因此现有的制冷剂传感器已不能满足市场的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卤素制冷剂检测传感器敏感材料及气敏元件的制造方法。利用这种材料所制得的气敏元件对卤素制冷剂，具有响应速度快，灵敏度高，稳定性好等优点。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种卤素制冷剂检测传感器敏感材料，包括内层SnO₂纳米材料和外层增敏材料，内层SnO₂纳米材料为四方晶系结构SnO₂(JCPDS41-1445)，通过Scherrer公式计算得粒子平均尺寸为5.2nm；用下述方法制备：

内层SnO₂纳米材料的制备：以结晶四氯化锡SnCl₄·5H₂O为原料，配制成锡盐溶液A；将氨水和去离子水混合均匀得到溶液B；将溶液B在搅拌条件下，逐滴加入到溶液A中，控制pH＝2-7，滴定速度控制在1mL/min得到白色沉淀；将所得白色沉淀离心洗涤，烘干，在550℃条件下煅烧2小时，制得内层SnO₂纳米材料；

所述锡盐溶液A是将每2.3g SnCl₄·5H₂O在搅拌条件下溶解于50-150ml去离子水中制得；

所述溶液B中氨水和去离子水的体积比为1：1；

外层增敏材料的制备：采用0.1％-1％Pd量子点浸渍掺杂介孔SiO₂；即通过介孔SiO₂负载Pd量子点制得。

一种卤素制冷剂检测传感器气敏元件的制备方法，采用两步法制备气敏元件，首先采用厚膜式半导体传感器制作工艺制备SnO₂气敏元件，然后采用同样的工艺在外层涂敷增敏材料，具体方法是：

将内层SnO₂纳米材料置于研钵中，以每1克内层SnO₂纳米材料加入0.5ml去离子水调成溶液，均匀涂敷在厚膜元件表面，经过500℃退火处理2小时，制得气敏元件，再在元件表面均匀涂敷增敏材料，再次经过500℃退火处理2小时，制得气敏元件；最后按厚膜半导体气敏元件制作工艺对气敏元件进行焊接、老化、封装、制得制冷剂检测传感器气敏元件。

制得的制冷剂检测传感器气敏元件主要技术指标如下：

1.检测范围：气体浓度10ppm-2000ppm；

2.检测气体：R134a

3.负载电阻：10K；

4.元件工作温度：250-350℃；

5.元件功耗：300-350mW；

6.检测灵敏度(Ra/Rg)：100ppm R_134a灵敏度为2.5；

7.元件响应时间：小于3s；

8.元件恢复时间：小于5s；

9.使用寿命：大于1000h.

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.所制备的SnO₂纳米材料为四方晶系结构SnO₂(JCPDS41-1445)，通过Scherrer公式计算得粒子平均尺寸为5.2nm；

2.制备工艺简单，不使用有机溶剂，成本低，不会对环境造成污染；

3.传感器气敏元件采用两次涂敷的方法制造，内层为SnO₂敏感层，外层为贵金属量子点负载介孔SiO₂形成的增敏层，通过这种工艺可以有效降低元件的工作温度和提高其对制冷剂的灵敏度；