[发明专利]一种纳米颗粒组成的分级结构氧化铟微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米颗粒组成的分级结构氧化铟微球的制备方法，属于先进纳米功能材料制备工艺技术领域。

背景技术

随着人们环保意识的增强，对生活质量的要求不断提高,对有害气体的检测越发显得重要，急需科研工作者研制开发出检测各种气体的传感器。但目前市售的气体传感器还存在选择性偏低、稳定性差的缺点，严重限制了这一具有巨大市场价值的产品的推广应用。由于半导体气体传感器具有检测灵敏度高、响应恢复快、电路简单、操作简单、元件尺寸较小、价格低廉等特点，被广泛应用于各种气体检测领域。为了提高半导体气体传感器的灵敏度，人们常采用增大材料表面积的方法，纳米化就是常用的一种方法。纳米化通过增大材料的表面积，使粒子表面势垒的高度与厚度以及晶粒有效电阻发生显著变化，表面活性大大增加，使材料对气体的吸附、脱附以及氧化还原反应能在更低的温度下进行，降低了工作温度，缩短了响应时间，提高了气体检测的浓度范围。

分级结构不仅包含了单一纳米结构所具有的特点，而且还拥有其结构单元组装后引起的耦合效应和协同效应。因此，复杂的分等级结构不仅会保持其结构单元的优越性能，而且还可能大幅度增强其性能，甚至会产生低维纳米结构所不具备的独特性能。分等级结构半导体氧化物通过结构设计和可控合成，可以获得兼具优异识别功能、转化功能和敏感体利用效率的独特结构，因此，分等级结构半导体氧化物的设计、制备和气体传感特性的研究受到广泛关注。In₂O₃也是一种重要的半导体氧化物传感材料，它的突出优点是电导率较高，几乎是代表性半导体氧化物传感材料中最高的，这使得传感器处理电路变得简单和廉价。。作为重要的金属氧化物半导体，不同形态的In₂O₃ 微/纳米结构这些年来也有发展，如S. J. Kim等（S. J. Kim, I. S. Hwang, J. K. Choi, Y. C. Kang, J. H. Lee, Enhanced C₂H₅OH sensing characteristics of nano-porous In₂O₃ hollow spheres prepared by sucrose-mediated hydrothermal reaction [J], Sensor. Actuat. B, 155 (2011):512-518.）对纳米多孔结构氧化铟空心球进行了合成。近年来，三维分级结构已经成为气敏材料研究领域的热点，目前氧化铟的合成与研究相对于Ⅱ-Ⅵ族的半导体材料,如ZnO，CdS等要少的多。In₂O₃基纳米材料的研究主要集中在最近十年，还有许多问题需要研究。因此，探索高性能In₂O₃基功能材料是一个仍需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种纳米颗粒组成的分级结构氧化铟微球的制备方法。具有成本低，生产工艺简单，产率高，无环境污染，易于工业化大规模生产的特点。所得纳米颗粒组成的分级结构氧化铟气敏材料的灵敏度得到大幅提高，可用于气体传感器等领域。实现本发明目的的技术方案是：一种纳米颗粒组成的分级结构氧化铟微球的制备方法，其特征在于：以氯化铟和乙酰胺为原料，以柠檬酸酸为表面活性剂，经水热反应、煅烧处理，得到由立方体组成的具有分级结构的氧化铟微球。本方法生产工艺简单，成本比较低，所得氧化铟可作为气敏材料，由于具有分级结构，材料可获得高灵敏度。具体合成步骤如下：

（1）称取一定量的氯化铟、乙酰胺和柠檬酸，溶于去离子水中，其中氯化铟的浓度为0.02-0.05 mol/L，乙酰胺的浓度为0.02-0.08 mol/L，柠檬酸的浓度为0.02-0.05 mol/L，且控制氯化铟与乙酰胺的摩尔比为1:(1.5-2.5)，氯化铟和柠檬酸的摩尔比为1:(1-1.5)；

（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在170-200 ℃温度下，进行水热反应16-24小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；

（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400-550℃下热处理3小时，得到具有分级结构的氧化铟粉体。

附图说明

图1为纳米颗粒组成的分级结构氧化铟微球的XRD图谱。