[发明专利]一种超灵敏二氧化氮传感材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料科学领域，特别是涉及一种超灵敏二氧化氮传感材料的制备方法。

背景技术

公知的二氧化锡(SnO₂)气敏材料的主要特点：二氧化锡具有一系列优良的气敏性质和物化性能，通过缩小二氧化锡的尺寸，改变二氧化锡的形貌可以得到各种气敏传感器，适用于低浓度气体的检测，具有可调节、导电性佳、化学性质稳定等优点。二氧化锡作为敏感材料的优越性已被广泛认可，使其成为被研究最多的一种金属氧化物气敏材料。在浓度量级为ppm(百万分之一)的范围内气敏性能显著。

目前公知的简单二氧化锡气敏材料在实际检测中，具有选择性较差、气敏响应不高的缺点，影响了气敏传感器的使用可靠性和正常检测工作。在实际检测中，工作温度在300℃-850℃(Sensors and Actuators B158，2011，1–8)，造成功耗高等弊端。

目前公知的水热法制备二氧化锡气敏材料是通过调节水热反应前混合溶液的原料成分、原料比例以及控制水热温度和水热时间以实现不同性能的气敏材料。本专利提到的二氧化锡气敏材料的制备方法是一种控制水热反应前混合溶液的水解温度以获得不同性能气敏材料的方法。这种方法制备的气敏材料并未在国际国内公开报道，相关科学和技术领域目前尚缺乏。基于这种方法制备的气敏材料对ppb(十亿分之一)级别的二氧化氮达到了数万倍电阻变化(响应)。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前气敏材料响应低、工作温度高、选择性差的不足，提供一种超灵敏二氧化氮传感材料的制备方法，该方法是由两步法制成，即二氧化锡晶种的制备和二氧化锡纳米花的水热生长。以水解速率对温度极其敏感的四氯化锡作为原料，将四氯化锡分散在水中，在一定温度下搅拌，再通过煅烧得到二氧化锡晶种；第二步将得到的晶种研磨后分散到冰水中，加入氢氧化钠和四氯化锡，并在冰浴条件下搅拌形成混合溶液，之后将混合溶液移转入特氟龙水热釜中，再放入烘箱中水热合成二氧化锡纳米花；离心清洗收集后烘干，即得到超灵敏的二氧化氮气敏材料。通过控制其在水解过程中的外界温度以得到新一代超灵敏ppb级别二氧化氮气敏材料。通过本发明所述方法获得的超灵敏二氧化氮传感材料具有超高灵敏、长期稳定、选择性佳和室温工作等特性，使得该材料的实用性能大大增加。

本发明所述的一种超灵敏二氧化氮传感材料的制备方法，按下列步骤进行：

一种超灵敏二氧化氮传感材料的制备方法，其特征在于按下列步骤进行：

a、将四氯化锡用移液枪注入去离子水的冻冰中，待冰完全化开，将溶液移至温度30-70℃的水浴中，搅拌至完全水解，将白色沉淀物离心收集后，在温度350-500℃的管式炉中，空气气氛下煅烧2h，生成二氧化锡纳米颗粒晶种；

b、将步骤a得到的晶种用研钵研磨5分钟，然后分散到去离子水中搅拌，控制去离子水的温度为0-70℃，再依次加入摩尔比为8-12:1氢氧化钠和四氯化锡，搅拌30min形成混合溶液；

c、将步骤b得到的混合溶液转入特氟龙水热釜中，在温度150-200℃的烘箱中放置10-20h，使得溶液进一步水热生长形成二氧化锡纳米花；

d、将步骤c中形成的二氧化锡纳米花用去离子水离心清洗5遍，至材料表面残留的氢氧化钠洗净，然后在温度25-70℃的烘箱中放置10h，使材料完全烘干，即得到超灵敏二氧化氮传感材料。

步骤a中所述的四氯化锡与步骤b中所述的四氯化锡的摩尔比为1∶10-20。

步骤a中所述的水浴温度为50℃，煅烧温度为500℃。

步骤b中所述的去离子水的温度为0℃，氢氧化钠和四氯化锡的摩尔比为10.5∶1。

步骤c中所述的反应温度为200℃，反应时间20h。

本发明所述的超灵敏二氧化氮传感材料的制备方法，是由两步法制成，即二氧化锡晶种的制备和二氧化锡纳米花的水热生长。首先将四氯化锡分散在水中，在一定温度下搅拌，再通过煅烧得到二氧化锡晶种；第二步将得到的晶种研磨后分散到冰水中，加入氢氧化钠和四氯化锡，并在冰浴条件下搅拌形成混合溶液，之后将混合溶液移转入特氟龙水热釜中，再放入烘箱中水热合成二氧化锡纳米花；离心清洗收集后烘干，即得到超灵敏的二氧化氮气敏材料。通过调节反应流程中第二步提及的混合溶液形成的温度，可以实现在室温下对二氧化氮的不同响应。