[发明专利]一种高灵敏度的铋掺杂二氧化锡传感材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于气体传感材料技术领域，具体涉及一种对乙醇、甲醛具有高灵敏度的纳米氧化铋掺杂二氧化锡传感材料的制备方法。

背景技术

半导体金属氧化物具有许多性能，其中一个重要的作用是作为“气-电”转换的媒介，通过这一变换实现对气体的检测以及生产过程的控制，这一方法的优点是快速、简便，并且有广阔的应用前景。但是随着现在工农业及信息技术的快速发展，人们对各类危险气体的检测又有了更高的要求，不仅要有很高的选择性，还要有高灵敏度、稳定性的要求。空气质量的检测，如新装修房间内甲醛的含量、工业乙醇、天然气、液化石油气、一氧化碳和氮氧化合物等有毒和易燃易爆危险品的检测等等都需要高灵敏度、高选择性及稳定性的气敏材料。同时，金属氧化物气体传感器大多都是高温下才具有气敏性，限制了它的广泛使用。

许多文献报道的铋掺杂传感材料制备工艺，其制备工艺复杂繁琐，灵敏度低，并且可重复性低，响应与恢复时间比较长，如文献[G.Sarala Devi，S.V.Manorama，et al.SnO₂：Bi₂O₃ based CO sensor：laser-Raman，temperature programmed desorption and X-ray photoelectron spectroscopic studies.Sensors and Actuators B，1999，56：98]报道了一种CO铋掺杂传感材料的制备方法，该工艺以Bi₂O₃粉体和氢氧化锡共沉淀，在600-1000℃的高温下处理获得Bi₂Sn₂O₇相，CO灵敏度为0.7。专利CN200510035188.4“一种二氧化锡基气敏材料及其制备方法”公开了一种含有Bi掺杂的气敏材料，在500ppm的酒精浓度下其灵敏度为29.2，采用原料为硝酸铋，空气电阻高，在制备过程中有NOx产生。传感材料的制备工艺中，材料的热处理温度和掺杂离子的选择尤为重要，掺杂材料的粒度分布和形貌对气敏材料的热处理温度影响显著，掺杂材料粒径大，热处理温度高，过高的热处理会限制其灵敏度，而过低的热处理则影响其稳定性；掺杂离子决定了传感器的灵敏度和选择性，氧化铋的掺入对SnO₂酒精传感器的灵敏度和选择性有显著的影响，通过适当控制热处理制度，才能更好的使得材料的性能得到提升。

发明内容

针对现有用于气体传感的SnO₂材料的制备工艺复杂、灵敏度不够高、稳定性低等问题，本发明的目的是提供一种简单的纳米氧化铋掺杂二氧化锡气敏材料制备工艺，该工艺简单，可操作性强，气敏材料制作成元器件后重复性好，灵敏度高，响应恢复时间较短。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

一种高灵敏度的铋掺杂二氧化锡传感材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取结晶四氯化锡的水溶液，以氨水为沉淀剂，进行搅拌水解，静置后得到氢氧化锡沉淀；

(2)将上述混合液的上层溶液滗去，然后加去离子水反复浆洗脱除氯离子，过滤干燥得到氢氧化锡粉体；

(3)将干燥的氢氧化锡粉体球磨，然后在马弗炉中以1-15℃/min的升温速率，升温至300-700℃，灼烧时间为1-10小时，冷却后获得二氧化锡粉体。

(4)将纳米氧化铋粉体和步骤(3)得到的二氧化锡粉体混合，纳米氧化铋粉体的添加量为混合物重量的0.1-20％，纳米氧化铋粉体的尺寸分布在30nm-200nm，混合粉体研磨，球料比为5∶1-10∶1，球磨时间1-10h，混合均匀后在马弗炉中热处理，温度300-700℃，升温速度0.5-5℃/min，保温3-8h，冷却即可。

步骤(1)中以浓度为2-15％的氨水溶液加入浓度为0.02-0.5mol/L的结晶四氯化锡水溶液中，控制pH值为6-9，室温至100℃的条件下进行搅拌，水解1-10h，静置后得到氢氧化锡沉淀。

步骤(3)中，球磨后的氢氧化锡粉体粒度分布为0.5-10μm。

步骤(3)中，将干燥的氢氧化锡粉体球磨，球料质量比1∶1-10∶1，球磨时间1-10h。

步骤(4)中，所述的纳米氧化铋粉体形貌为球形、不规则或纤维。

本发明方法制备的材料通过以下方式制备气敏元器件：