[发明专利]钨酸铜的应用及钨酸铜气敏传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了钨酸铜的应用及钨酸铜气敏传感器的制备方法；属于气敏材料与气敏传感器制备技术领域。

技术背景

传统的金属氧化物气敏传感器最常使用的气敏材料有SnO₂、ZnO和TiO₂等，但是它们存在着使用温度高(350-450℃)、耗能高、选择性不好等缺陷。尤其对于挥发性有机化合物，由于其相似的组成元素及分子结构，因而对不同的挥发性有机化合物缺乏选择性，这是目前限制金属氧化物气敏传感器广泛使用的关键问题之一(Zeng Wen，Liu Tian-mo，Gas-sensing properties of SnO₂-TiO₂-based sensor for volatile organic compound gas and its sensing mechanism，Physica B，2010，405，1345-1348)。此外，金属氧化物气敏传感器通常具有长的响应和恢复时间，Chang Sup Moon等在2008年已经报道了对已有文献中的数据进行估计氧化物半导体气敏传感器的响应时间大致在60～500s之间(Chang Sup Moon，Hae-Ryong Kim，Graeme Auchterlonie，John Drennan，Jong-Heun Lee，Highly sensitive and fast responding CO sensor using SnO₂ nanosheets，Sens.Actuators B，2008，131，556-564)。由于二元金属氧化物的气敏特性不仅取决于材料的组成，还与其结构、物相、形状和尺寸相关。为了进一步提升气敏特性，除了对现有的材料进行研究，提升其气敏性能外，也需要对新材料的进行持续地探索研究(Yi  Zeng，Kan  Zhang，Xingli Wang，Yongming  Sui，Bo Zou，Weitao Zheng，Guangtian Zou，Rapid and selective H₂S detection of hierarchical ZnSnO₃ nanocages，Sens.Actuators B，2011，159，245-250)。乙醇在生物医药、化学和食品工业具有很大的需求，因此成为了气敏传感器领域最广泛研究的气体之一，尤其是在酒质量监控和交通安全方面。乙醇作为一种可燃的有毒气体，其蒸气能与空气形成爆炸性混合物，遇明火、高温能够引起燃烧爆炸。为了避免灾难的发生，痕量浓度的有毒和爆炸性气体应立即或在气体泄漏几秒内被探测(Jong-Heun Lee，Gas sensors using hierarchical and hollow oxide nanostructures：Overview，Sens.Actuators B，2009，140，319-336)。从安全的角度，这就要求对乙醇的响应时间应控制在几秒以内。钨酸铜是一种n型半导体材料，广泛用做激光的基质材料、闪烁探测器、光导纤维以及光分解水的电极材料(O.Yu.Khyzhun，V.L.Bekenev，Yu.M.Solonin，J.Alloys Compd.，2009，480，184-189)。钨酸铜的禁带宽度据报道为2～2.3eV，小于SnO₂(3.59eV)、ZnO(3.37eV)和TiO₂(3.1eV)，理论上钨酸铜为本征半导体，在空气中的阻值低(10^6～7Ω)，可以克服传统的金属氧化物气敏材料(如SnO₂、ZnO和TiO₂)未掺杂时阻值偏高(10^10～12Ω)的缺点，有望更易在低温处激发。应用钨酸铜作为气敏传感器来检测乙醇气体在国内外未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供钨酸铜作为乙醇气敏传感元件的应用以及一种对乙醇具有快速响应恢复特性的钨酸铜气敏传感器的制备方法。

为实现本发明的第一个目的，本发明提供的钨酸铜的应用，是将粒度为40nm-3μm的钨酸铜粉末经过常规电老化后作为乙醇气敏传感元件。。

为实现本发明的第二个目的，本发明提供的钨酸铜气敏传感器的制备方法，包括下述步骤：

第一步：气敏电极管的制备