[发明专利]一种检测NO2的气敏材料及其气敏元件的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于气体检测技术领域。具体涉及一种检测NO₂的气敏材料及其气敏元件的制作方法。

背景技术

随着现代科技的飞速发展，现代工农业的生产水平也随之快速进步，人们的物质生活水平也在逐步提高，但环境污染正在变成一个影响人们正常生活的日益严重的问题。近年来，由于生产中有毒、有害、易燃易爆气体的不当排放、泄露，造成了大量的中毒、爆炸、火灾等事故。二氧化氮是目前最危险的空气污染物之一，它在臭氧和酸雨的形成过程中起主要作用，持续或经常暴露于二氧化氮浓度超过3ppm可能会增加急性呼吸道疾病患儿的发病率。因此，为了减少、降低其对人类的影响，对NO₂气体进行定性、定量的分析检测和实时监控已成为工业生产和日常生活中必不可少的一部分。

由于纳米半导体金属氧化物具有较好的选择性、测量手段简单、工作稳定性好、制造成本低、元件功耗小等特点，而被广泛应用于检测有毒有害气体、易燃易爆气体等，是目前实用价值较高的一类气体传感器。SnO₂、In₂O₃、ZnO和WO₃等半导体金属氧化物已经被广泛的开发并用作气敏材料，其中对SnO₂气敏材料的研究最为广泛，并最先实用生产。然而在实际应用当中，SnO₂气敏材料仍存在选择性相对较低，对待测气体的线性响应范围小等问题，直接影响了传感器的测量结果和应用范围，材料纳米化、金属掺杂和表面修饰都是提高其气敏性的有效手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足而提供一种新型检测NO₂的气敏材料及其气敏元件的制作方法，对NO₂灵敏度高，且选择性好。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种检测NO₂的气敏材料，所述气敏材料以静电纺丝的方法获得SnO₂中空纳米纤维作为基体，通过原位还原技术来实现贵金属Au修饰SnO₂气敏材料。

根据上述方案，所述的Au修饰SnO₂中空纳米纤维为金红石相，直径约为50~500nm。

根据上述方案，所述的Au修饰SnO₂中空纳米纤维的制备方法：SnO₂纳米纤维加入到一定浓度的氯金酸溶液进行原位还原，在SnO₂表面修饰Au纳米粒

子，用去离子水和乙醇反复洗涤后干燥，得到最终的Au修饰SnO₂中空纳米纤维样品。

根据上述方案，所述的SnO₂中空纳米纤维的制备方法：通过静电纺丝技术来得到高分子/锡前驱物，再将前驱物放在马弗炉中进行热处理，然后在常温下冷却就得到SnO₂中空纳米纤维。

根据上述方案，所述的高分子材料可为聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚丙烯腈等。

根据上述方案，所述的煅烧速率为0.5~2℃/min，煅烧温度为500~800℃。

上述气敏材料制作旁热式乙醇气敏元件包括以下步骤：将所得的样品涂在陶瓷管表面，并置于马弗炉中退火，煅烧过的陶瓷管芯及镍-铬加热丝焊接在底座上，气敏元件即完成。

根据上述方案，所述热处理温度为200~350℃，热处理时间为1~2h。

本发明采用的原理为：气敏传感器暴露于空气中时，空气中的氧气分子会吸附在纤维材料表面并捕获电子形成O₂^-、O^-或O^2-，使材料表面形成电子耗尽层，导致纤维之间的势垒高度增大，材料的电阻随之变化，把气体信号转化为电信号。Au负载在SnO₂纳米纤维材料表面后增加了材料表面的活性位点，同时其对气体的催化作用提高了气体表面吸附和扩散速率，从而影响了材料对气体的响应，表现了对NO₂有较好的气敏性质。

本发明与公知技术相比所具有的优点及积极效果：本发明采用一维中空纳米纤维，有利于电子的传输。并在其表面进行原位还原Au纳米粒子，所负载的Au颗粒尺寸小，化学分散性好，从而提高了材料对NO₂的气敏性能。并且本发明所提供的制备方法简单可控。

附图说明