[发明专利]一种La2O3-WO3氧化物半导体丙酮气体传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种La₂O₃-WO₃氧化物半导体丙酮气体传感器及其制备方法。

背景技术

丙酮是一种易燃、易挥发、化学性质较活泼的有机物，在工业上丙酮主要作为溶剂广泛用于炸药、塑料、橡胶、纤维、制革、油脂、喷漆等行业中。此外，丙酮也作为合成烯酮、醋酐、碘仿、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸、甲酯、氯仿、环氧树脂等物质的重要原料。

丙酮毒性为中毒，长时间接触会对人体的肝脏、肾脏、胰腺和神经系统产生严重危害。另外，丙酮蒸气与空气混合可形成爆炸物，遇明火、高热极易燃烧爆炸，爆炸极限2.55％～12.8％(体积)，并且丙酮蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。由此可见，对室内环境中丙酮气体的快速、及时、准确的检测是非常必要也是非常重要的，这就需要借助于灵敏度高、响应恢复快、重复性好的丙酮传感器。

目前，国内外对丙酮气敏传感器的研究工作都处于起步程度，针对丙酮气体的专门传感器还没有形成有效的产业化。限制此类传感器实用化的一个主要因素就是传感器的灵敏度低、响应速度慢和重复性差。为了使传感器能够具有较高的灵敏度、较快的响应速度和较好的重复性，可以使用高性能的敏感材料来实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用静电纺丝技术制备的La₂O₃-WO₃氧化物半导体丙酮传感器及其制备方法。本发明通过对半导体材料进行掺杂，增加传感器的灵敏度，提高传感器的响应速度，改善传感器的重复性，促进此种传感器在气体检测领域的实用化。

本发明所得到的传感器除了具有较高的灵敏度外，还具有较快的响应速度和较好的重复性。该传感器的检测下限为0.8ppm，可用于室内环境中丙酮气体含量的检测。

如图1所示，本发明所述La₂O₃-WO₃氧化物半导体丙酮传感器，由正面带有2个分立的L形金电极5的Al₂O₃绝缘陶瓷板1、涂覆在Al₂O₃绝缘陶瓷板1正面和L形金电极5上的半导体敏感材料2、Al₂O₃绝缘陶瓷板1背面带有的氧化钌加热层3、在氧化钌加热层3上设置的2个分立的矩形金电极6组成；每个L形金电极5和每个矩形金电极6都通过金浆分别焊接有1条铂线4作为电极引线，通过其中的两条铂丝4在2个分立的矩形金电极6间施加电流，可以实现对传感器的加热；通过另外的两条铂丝4测量在不同气氛下的2个分立的L形金电极间的电阻，利用灵敏度S的定义公式S＝R_a/R_g可计算得到传感器的灵敏度；其特征在于：半导体敏感材料2为La₂O₃-WO₃氧化物半导体，该敏感材料是采用静电纺丝技术制备，经煅烧、涂覆、热压在2个L形金电极5和Al₂O₃绝缘陶瓷板1的正面。

本发明所述传感器利用La₂O₃-WO₃氧化物半导体作为敏感材料，一方面掺入La₂O₃改变了WO₃纳米线的形貌特征，形成多孔结构；另一方面La₂O₃会催化脱氢反应，这两方面都会大幅提高气体与敏感材料的反应效率，进而提高传感器的灵敏度。此外，平板式传感器和氧化物半导体的制作工艺简单，利于工业上批量生产。

本发明所述的La₂O₃-WO₃氧化物半导体丙酮传感器的制备方法，其步骤如下：

1.首先将0.009～0.045g La(NO₃)₃·6H₂O、0.8g WCl₆、1g聚乙烯吡咯烷酮溶解在4.8～5.2g二甲基甲酰胺、4.8～5.3g乙醇和0.4～0.6g醋酸中，搅拌4～8小时形成溶胶；

2.把上述溶胶装入静电纺丝装置中，收集板和喷丝口的距离为9～11cm，在喷丝口上施加的电压为10～15kv，收集板接地，纺丝2～5小时，最后在收集板上得到纳米电纺丝产物；