[发明专利]一种基于ZnO空心花球与CdO纳米颗粒复合纳米材料的乙醇气体传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于ZnO空心花球与CdO纳米颗粒复合纳米材料的乙醇气体传感器，为旁热式气体传感器，由外表面带有两条环状、相互平行且彼此分立的金电极的氧化铝陶瓷管、镍铬合金加热线圈、敏感材料涂层组成；镍铬合金加热线圈穿过陶瓷管内部，为传感器的正常工作提供合适的温度，其特征在于：敏感材料为ZnO空心花球与CdO纳米颗粒复合纳米材料，且由如下步骤制备得到，

(1)首先将0.4～0.8g的Zn(CH₃COO)₂·2H₂O、0.4～0.8g的甘氨酸、0.4～0.8g的Na₂SO₄·10H₂O依次加入到10～15mL去离子水与10～15mL乙醇的混合溶剂中，搅拌10～20min后加入0.4～0.8g的NaOH，然后搅拌直至混合均匀；

(2)将步骤(1)中混合均匀的溶液倒入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，然后将不锈钢反应釜在160～180℃下水热反应10～14h，冷却到室温后，将收集到的沉淀用去离子水和乙醇交替离心清洗5～7次，然后在70～90℃下烘干，之后再在400～500℃下煅烧1～2h，得到ZnO空心花球粉末，其直径为2～3μm，ZnO空心花球异质结是由纳米片穿插而成，其组成部分纳米片的厚度为60～70nm；

(3)再将0.03～0.05g的ZnO空心花球粉末、0.003～0.024g的Cd(NO₃)₂·4H₂O和0.0108～0.0216g的CH₄N₂S依次加入到含有200～400μL的异丙醇和25～30mL的DMF中，搅拌10～20min后超声20～30min直至形成均匀混合溶液；

(4)将步骤(3)制得的溶液倒入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，然后将不锈钢反应釜在150～170℃下水热反应8～12h，冷却到室温后，将收集到的沉淀用去离子水和乙醇交替离心清洗5～7次，然后在70～90℃下烘干，之后再在450～550℃下煅烧1～2h，得到ZnO空心花球与CdO纳米颗粒复合纳米材料粉末；其中CdO纳米颗粒的直径为9～12nm。

2.如权利要求1所述的一种基于ZnO空心花球与CdO纳米颗粒复合纳米材料的乙醇气体传感器，其特征在于：陶瓷管的长度为4～4.5mm，外径为1.2～1.4mm，内径为0.8～0.9mm，2个环形金电极的宽度为0.8～0.9mm，两个电极间距为1.8～2.0mm；每个金电极上均连有两根铂丝作引脚，铂丝的长度为9～10mm，阻值为38～40Ω；镍铬合金加热线圈的阻值为20～30Ω、匝数为30～40圈。

3.如权利要求1所述的一种基于ZnO空心花球与CdO纳米颗粒复合纳米材料的乙醇气体传感器，其特征在于：敏感材料涂层的厚度为20～30μm。

4.如权利要求1所述的一种基于ZnO空心花球与CdO纳米颗粒复合纳米材料的乙醇气体传感器的制备方法，其步骤如下：

(1)将ZnO空心花球与CdO纳米颗粒复合纳米材料粉末与去离子水按质量比3～5：1混合，并研磨形成糊状浆料，然后用笔刷将上述浆料均匀地涂覆在市售的外表面带有两条环状、相互平行且彼此分立的金电极的氧化铝陶瓷管表面，并使敏感材料完全覆盖环形金电极；

(2)将涂有敏感材料的氧化铝陶瓷管在温度为80℃～100℃下烘烤20～30min，待敏感材料干燥后，把氧化铝陶瓷管在400～500℃下煅烧2～5h；然后将镍铬合金加热线圈从陶瓷管内部穿出作为加热丝，最后按照旁热式气敏元件进行焊接和封装，就得到了基于ZnO空心花球与CdO纳米颗粒复合纳米材料的旁热式乙醇气体传感器。