[发明专利]纳米金属氧化物功能化碳纳米管的制备方法及气体传感器

说明书

技术领域

本发明属于电子器件制造技术领域，具体涉及一种纳米金属氧化物功能化碳纳米管的制备方法，以及采用该方法制备的纳米金属氧化物功能化碳纳米管的气体传感器。

背景技术

碳纳米管具有独特的性能，如电学性能，化学性能，物理性能以及力学性能，自1991年被发现以来，立即引起了广泛的注意，研究发现，由于碳纳米管具有较大的比表面积，表面带有很多活性基团，利用其制备纳米传感器已成为微纳器件领域研究热点之一。

利用碳纳米管进行气体检测，对某些气体具有很好的响应。但是用单纯的碳纳米管制备成气体传感器，其响应速度慢，灵敏度低，检测底线高，不能达到国家标准。但如果用金属或者金属氧化物对碳纳米管进行功能化，制备成CNT/Metal oxide纳米材料，则何以大大提高其响应速度，灵敏度，选择性以及降低检测底限。

但是目前制备CNT/Metal oxide 纳米功能材料的主要方法是水热法和CVD方法，这些方法存在一些缺陷，如制备条件需要在高温高压下，制备的功能化材料纯度低，存在一些碳纳米管和金属氧化物的混合物，产率低，能耗高，对环境存在污染，设备造价高难以实现大规模生产。

甲醛是一种具有较高毒性的物质，并已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一，过量甲醛会导致癌症、过敏、哮喘等症状的发生，严重威胁着人体健康。因此，空气中甲醛的检测，对保护人民身体健康和提高生活质量有重要意义和价值。

目前传统室内甲醛分析和监测主要有三种方法，一是采用化学分析法，该方法如乙酰丙酮分光光度法（国家标准编号为：GB/T 15516-1995）、酚试剂比色法（GB/T 18204.26-2000）、AHMT分光光度法（GB/T 16129-1995）等。这些化学分析方法比较费时并需大量的化学药品，而且容易受到醛类物质的干扰影响精度。二是依赖于分析仪器的色谱法，如气相色谱法（GB/T18204.26-2000）或高效液相色谱法等，这些方法虽然能够达到检测的精度，但存在着体积大、能耗高、设备昂贵、操作复杂等缺点，不适用于实时、在线、快速、便携、高效、低价地监测需求。三是传感器法，如传统的半导体气体传感器和电化学传感器等。半导体气体传感器还有许多问题有待解决，如灵敏度不够高、选择性差、工作温度高而导致功耗高等现实问题，往往达不到甲醛检测的精度要求。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种纳米金属氧化物功能化碳纳米管的制备方法，其制备工艺简单，可以实现规模化的生产，且成本较低。

本发明的目的还在于提供一种气体传感器。

为实现上述发明目的之一，本发明提供一种纳米金属氧化物功能化碳纳米管的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1、将分散在分散剂中的碳纳米管滴加在衬底表面，并将所述衬底烘干；

S2、将步骤S1中得到的衬底放入铵盐、碱、以及金属盐的混合溶液中；

S3、将步骤S2中放有衬底的混合溶液保温一段时间后，取出衬底；

S4、将步骤S3中取出的衬底进行退火处理，得到形成在衬底上的纳米金属氧化物功能化碳纳米管。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述的分散剂为水、或二甲基甲酰胺、或十二烷基硫酸钠水溶液、或乙醇、或乙二醇、或曲拉通水溶液，烘干所述衬底时的温度范围为1~600℃，时间范围为1s-15h。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中烘干所述衬底时的温度为150℃。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述的铵盐、金属盐、以及碱的摩尔比例范围为100:10:1~1:10:100。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述的铵盐包括氯化铵、硫酸铵、醋酸铵、磷酸铵、草酸铵中的一种或几种的组合；步骤S2中所述的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或其组合；步骤S2中所述的金属盐包括氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍、草酸镍、磷酸镍、氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、磷酸锌、草酸锌、氯化锰、硫酸锰、磷酸锰、硝酸锰、草酸锰、氯化亚锡、硫酸亚锡、磷酸亚锡、草酸亚锡、硝酸亚锡中的一种或几种的组合。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中对所述放有衬底的混合溶液进行保温的方法包括水浴加热、或油浴加热、或烘箱加热、或微波加热、或红外加热，保温时间的范围为1min~24h。

作为本发明的进一步改进，步骤S4中对所述衬底进行退火处理时的温度范围为10~700℃，退火处理的时间范围为1min~24h。