[发明专利]基于二硫化锡钨/硫化锡复合物纳米片的新型气体传感器

说明书

本发明公开了一种基于二硫化锡钨/二硫化锡复合物纳米片的挥发性有机气体传感器的制作方法及挥发性有机气体传感器的应用。将钨酸铵，五水合四氯化锡，硫脲按一定比例混合，以水为溶剂，加入以聚四氟乙烯为内胆的水热釜中；加热数十小时，反应结束后自然冷却、离心分离，得到二硫化锡钨/二硫化锡纳米片；将含有二硫化锡钨/二硫化锡纳米片的溶液滴在金交叉电极上，在60℃下干燥成膜，金交叉电极表面仅露出两端电极，其余部位被二硫化锡钨复合二硫化锡覆盖，制得可以测定挥发性气体浓度的传感器；当传感器检测挥发性有机气体时，根据电阻响应可检测气体。本发明具有响应灵敏、检测限低、室温可测等优点。

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，具体涉及二硫化锡钨/二硫化锡复合物纳米片作为传感材料的制备以及基于该纳米片的挥发性有机气体传感器的制备与检测方法。

背景技术

近年来，石墨烯和过渡金属二硫化物等二维材料，由于其独特的物理和化学性质而受到了广泛的关注。在众多类石墨烯二维材料中，层状金属二硫化物(如二硫化钨，二硫化钼等)展现出优异的结构、电学、光学、化学及热力学性质，使得它们在电子、催化剂、能源存储及转换以及传感器领域具有巨大的应用前景。研究发现，层状金属二硫化物的晶体结构、形貌、几何排列、组分等，对器件性能尤为重要。

异质结根据生长取向可以分为平面异质结和和垂直异质结，通过改变反应气氛，反应温度和前驱体的含量和种类从而制备不同生长取向的异质结。垂直异质结可以通过化学气相沉积或机械转移等方法相结合而获得，但是这些方法均不适合大量制备，不能满足实际应用的需求。液相合成方法的优点是可以大批量的合成，足够满足实际应用的需求。当金属与n型半导体形成垂直异质结材料用做气体传感器的传感材料时，给电子气体吸附在电极表面，电子云在电极表面发生偏转，导致材料肖特基势垒降低，继而导致气体传感器电阻降低。传感材料中异质结的形成，可以使传感器的选择性和灵敏度都得到了极大的提高。

人体的呼气中含有大量的氮气、二氧化碳、水蒸气，但是仍然含有少量的挥发性有机化合物，其种类有上千余种。呼气中的一些挥发性有机化合物是人类某些疾病的生物标志物。以丙酮、甲醛、三甲胺为例，它们分别是糖尿病、肺癌、尿毒症在呼气中的生物标志物。传统的气相色谱和质谱联用技术检测挥发性有机气体需要专人操作，检测价格昂贵并且大型仪器笨重不易携带不能进行及时的检测分析。气体传感器可以通过检测人体的呼气诊断疾病，具有非侵入性，易操作，检测速度快、安全的优点，对疾病的早期诊断具有非常重要的意义。近些年出现了基于金属氧化物的化学电阻式传感器，由于导电性较差，需要在高温下(＞200℃)操作提高其导电性。本发明合成了金属半导体异质结复合材料，其具有较好的导电性。用于气体传感器的传感材料，使传感器可以在室温下进行操作，降低功耗。

本发明通过水热法，以钨酸铵，五水合四氯化锡和硫脲为原料，改变反应条件，如温度、反应时间、原料含量等，可以制得基线电阻可调的二硫化锡钨/二硫化锡纳米片，将这些纳米片通过滴涂在金交叉电极上成膜，制备成化学电阻式气体传感器，实现了0.1ppm浓度下对丙酮气体的检测。

发明内容

本发明目的在于探究了二硫化锡钨/二硫化锡纳米片在挥发性有机气体传感器上的应用，获得很好的选择性和灵敏度等性能。

本发明的技术方案如下：

基于二硫化锡钨/二硫化锡复合物纳米片的挥发性有机气体传感器的制作方法，其步骤如下：

(1)将五水合四氯化锡，钨酸铵，硫脲按一定比例混合，以水为溶剂，加入以25mL聚四氟乙烯为内胆的水热釜中；

(2)在220℃下加热60小时，反应结束后自然冷却；

(3)将反应得到的产物离心分离，用水洗三次，分散在水溶液中，即得到二硫化锡钨/二硫化锡复合物纳米片；