[发明专利]一种基于可调P向N型转换的传感材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于可调P向N型转换的传感材料及其制备方法。运用原位合成法制备传感材料与器件一体化的高性能传感器，通过蒸汽水热合成法制备厚度以及孔径可控的新型传感材料。通过调控焙烧温度以及掺杂物的含量实现P型向N型性能转换的可控合成。该方法通过调控焙烧温度以及铂含量。焙烧过程可有效调控纳米结构有序性、纳米晶粒尺寸，以及组分比例。本发明通过调控焙烧温度可以实现传感材料的传感性能由P型向N型转变，室温条件下传感响应时间可控制在25秒左右，且传感材料对痕迹甲苯具有良好的灵敏度和选择性。

技术领域

本发明属于新型气体传感器件，特别涉及一种基于可调P向N型转换的传感材料及其制备方法。

背景技术

近年来，不仅在科学领域而且在人们的日常生活中，例如食品安全、生物医药以及城市安全等方面，化学气体传感器的地位越来越重要。目前，气体传感器的研究重点主要集中在检测有毒有害物质。在众多的有毒有害物质当中，甲苯对人类的皮肤具有刺激性作用，并且会伤害人体的神经系统。因此，对甲苯痕迹的即时准确的检测对公共健康以及环境卫生至关重要。

现在，用于检测痕迹甲苯的测试手段主要包括电化学法，光学测试法以及化学电阻测试法。这三类方法当中，金属氧化物基化学电阻传感器因其制备成本低、工艺简单、读取方便等特点成为最具发展潜力的一类传感器。各种不同结构类型的传感材料例如纳米颗粒、纳米线、纳米针以及纳米尺度薄膜已经被尝试着应用到检测甲苯的实际工作当中。上述不同结构类型当中有序纳米孔基传感结构具有高比表面积，高活性近表面区，丰富的表面活性位，以及极强的气体吸附能力，造就其具有提升传感性能的潜力。然而，现有的传感器的工作温度都要高于200℃，并且响应的可调性能偏差，到目前为止还没有关于室温条件下传感材料的性能由P型向N型可调转化的发明报道。

发明内容

本发明针对现有传感材料的问题与不足，运用原位合成法制备传感材料与器件一体化的高性能传感器，通过蒸汽水热合成法制备厚度以及孔径可控的新型传感材料。通过调控焙烧温度以及掺杂物的含量实现P型向N型性能转换的可控合成。本发明提供了一种基于可调P向N型转换的传感材料及其制备方法，该方法通过调控焙烧温度以及铂含量。焙烧过程可有效调控纳米结构有序性、纳米晶粒尺寸，以及组分比例。本发明通过调控焙烧温度可以实现传感材料的传感性能由P型向N型转变，室温条件下传感响应时间可控制在25秒左右，且传感材料对痕迹甲苯具有良好的灵敏度和选择性。

本发开发了一种利用蒸汽水热的方法制备高结晶度有序纳米孔材料，该方法可以在低温实现金属氧化物的高度结晶，并且，低温去除模板剂后纳米孔材料依然可以保持高度结晶的纳米孔壁。通过运用上述的合成方法，并结合贵金属掺杂的方式制备新型传感材料。在进行传感性能检测的过程中发现了通过调控不同的焙烧温度以及贵金属的不同含量，传感材料出现了一种P型向N型的可控转换。此前，只要少数有关P型向N型的传感性能的可控转换，而且主要是通过调控待测气体的浓度以及传感器的工作温度来实现性能的转换。例如，Huang等科学工作者发现通过调控待测气体的浓度ZnO修饰SnO₂传感器可实现N-P-N的转换；Wang等报道称通过改变传感器工作温度以及待测气体的浓度ZnO纳米管传感材料可以实现N-P的转换；Dai等科学工作者通过建立待测气体浓度以及工作温度的理论模型实现了纳米孔Fe₂O₃传感材料P-N的可控转换。然而，到目前为止还没有关于室温条件下实现P向N型传感性能转换的报道和发明。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于可调P向N型转换的传感材料及其制备方法，包括以下步骤：

a.溶胶溶液的配置：取质量比为1:100-4:100的贵金属盐和锡盐，溶于质量为锡盐的20-40倍的极性溶剂中，然后加入质量为锡盐的0.3-0.5倍之间的表面活性剂，并加入质量为锡盐质量的1-2倍一定量的浓酸，配得所需溶胶溶液；