[发明专利]氮掺杂圆形碳片与锡氧化物复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种氮掺杂圆形碳片与锡氧化物复合材料是圆形结构上镶嵌着有量子点锡氧化物的氮掺杂碳片；该圆形碳片的直径为2‑10微米，并且部分碳片与碳片之间是紧密联接着，同时锡的氧化物尺寸大小为2‑10nm，并且镶在圆形碳片上。该氮掺杂圆形碳片与锡氧化物复合材料在半导体传感器上的应用，能够提高SnO₂材料稳定性、增加材料的热稳定性和化学性能(包括活性位点等)，从而提高半导体传感器的灵敏度和使用寿命。本发明提供的氮掺杂圆形碳片与锡氧化物复合材料的制备方法，具有操作简单，原料易得，实验条件适宜，制备时间较短等特点，易于产业化推广应用。

技术领域

本发明涉及一种氮掺杂圆形碳片与锡氧化物复合材料，还涉及该复合材料的制备方法和应用，属于无机复合材料领域。

背景技术

传感器是将某种信号，按一定规律转换成另一种信号的器件和装置。气体传感器是一种把气体中的特定成分检测出来，并转换成电信号的器件，将其用来对有毒、有害气体的探测，对易爆、易燃气体的安全报警。

半导体SnO₂气体传感器因具有成本低且易于维修等优势而受到了广泛的关注。为了解决目前半导体传感器存在的稳定性、选择性差和使用寿命短等诸多问题。许多学者对SnO₂气敏材料进行掺杂改性、表面修饰、与其它材料进行复合等以改变SnO₂表面的载流子浓度、晶界势垒以及SnO₂的稳定性，从而实现材料气敏性能的改善。

碳材料特别是杂原子氮掺杂的碳材料具有导电性好，在吸附气体时碳材料的费米能级会改变，从而影响其电导，利用这一原理可制备碳材料气体传感器。同时碳材料稳定性好，当与其它气体传感材料如SnO₂进行复合会提高复合材料的稳定性。

作为将锡氧化物进行修饰或复合的现有技术，例如可列举如下：

CN102680537A公开了一种高选择性二氧化锡/碳纳米管气敏传感器件的制作方法。采用Al2O3作为模板，将其浸渍在一定浓度的氯化锡溶液中，通过煅烧将氯化锡氧化为气敏材料氧化锡。然后，通过乙炔气体热解的方法，使碳附着。将氧化铝在氢氧化钠溶液中去除后便得到了碳纳米管/二氧化锡复合材料。将合成的材料制备成传感器，和市场上的传感器进行气敏性能的比较，该材料对甲烷气体的灵敏度和选择性大大增强。因此此类复合材料显示出良好的选择性。

CN105891271A公开了一种基于石墨烯/二氧化锡/氧化锌复合材料的电阻型气体传感器、制备方法及其应用，属于气体传感器技术领域。依次由单晶硅衬底、二氧化硅层、钛黏附层、叉指铂电极、在二氧化硅层和叉指铂电极表面涂覆的气体敏感薄膜组成；该三元复合材料由石墨烯、二氧化锡和氧化锌混合而成，为三维多孔结构。该传感器在室温下具有很高的响应灵敏度、快速的响应恢复速率和良好的响应可逆性，解决了二氧化锡和氧化锌气体传感器需要在高温下才能工作的问题。

如上所述，虽然现有技术中公开了多种碳材料(如碳纳米管和石墨烯)与二氧化锡复合的方法，但这些现有技术中均存在一定的缺点，例如成本高、合成方法过于繁杂等，而对于可宏量合成二氧化锡与氮掺杂碳片复合，得到氮掺杂碳片与锡氧化物的复合材料报道很少。

因此，如何设计出一种简单、经济可宏量合成的方法来制备氮掺杂碳片与锡氧化物的复合材料，从而发挥两者之间的协同效应，改变复合材料的载流子浓度、提升气体传感灵敏性和选择性，并将其应用到传感中，具有十分重要的科研价值和工业意义，这也正是本发明得以完成的基础和动力所在。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种氮掺杂圆形碳片与锡氧化物复合材料及其制备方法，目的之二是提供该复合材料的应用，具体为在二氧化锡半导体气体传感器上的应用。

为达到上述目的，本发明采取的具体技术方案为：