[发明专利]纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种纳米复合材料，包括交联结合的金属氧化物纳米颗粒和碳纳米管，所述纳米复合材料具有如下化学结构单元：M@(NH‑R‑SiO₃)_nC_m或M@(SH‑R‑SiO₃)_nC_m，其中，@表示交联结合，M为金属氧化物纳米颗粒，C_m为碳纳米管，R为烃基或烃基衍生物，nm。

技术领域

本发明属于纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

氢气由于其燃烧效率高、产物无污染等优点，与太阳能、核能一起被称为三大新能源。作为一种新能源，氢气在航空、动力等领域得到广泛的应用；同时，氢气作为一种还原性气体和载气，在化工、电子、医疗、金属冶炼，特别在军事国防领域有着极为重要的应用价值。但氢气分子很小，在生产、储存、运输和使用的过程中易泄漏；同时，由于氢气不利于呼吸，无色无味，不能被人鼻所发觉，且着火点仅为58℃，空气中含量在4％～75％范围内，遇明火即发生爆炸，故在氢气的使用中必须利用氢气传感器对环境中氢气的含量进行检测，并对其泄漏进行监测。氢气传感器在常温下对氢气非常敏感且具有很好的选择性，可以作为检测环境中氢气浓度的传感器，出于生产生活中对安全的要求，快速、灵敏的氢气传感器是十分必要的，能够及时避免爆炸的可能性。

氢气传感器主要有两类：一类是半导体传感器，另一类是热电型传感器。其中半导体传感器主要是以电阻型半导体传感器为主，主要以SnO₂、ZnO、WO₃等金属氧化物为气敏材料。其工作原理是：当吸附氢气后，氢气作为施主释放出电子，与化学吸附层中的氧离子结合，结合后依据气敏层中载流子浓度发生变化以此来检测氢气的变化，该变化值与氢气体积分数存在一定的函数关系。目前的氢气传感器，选择性、安全性、稳定性、灵敏度以及输出信号弱等问题已经得到不同程度的解决，但如何实现氢气传感器的常温工作，并提高氢气传感器的安全性、降低能耗，将是今后研究工作的重点。氢气传感器的常温工作，通常考虑通过以下2种途径实现：1)发展光纤型氢气传感器，但必须解决其输出信号弱、使用寿命短以及高成本等问题；2)积极开发新的氢敏材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米复合材料及其制备方法，旨在解决现有的氢气传感器常温下不能工作或常温工作性能差，安全性和能耗高的问题。

本发明的另一目的在于提供一种含有上述纳米复合材料的氢气传感器件。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纳米复合材料，包括交联结合的金属氧化物纳米颗粒和碳纳米管，所述纳米复合材料具有如下化学结构单元：M@(NH-R-SiO₃)_nC_m或M@(S-R-SiO₃)_nC_m，其中，M为金属氧化物纳米颗粒，@表示NH-R-SiO₃与金属氧化物纳米颗粒表面的金属元素交联结合，C_m为碳纳米管，R为烃基或烃基衍生物，nm。

相应的，一种上述纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

提供金属氧化物纳米颗粒和碳纳米管，对所述碳纳米管进行表面羟基修饰处理，得到羟基化碳纳米管；

将所述羟基化碳纳米管硅烷偶联剂混合后脱水，制备得到硅烷偶联剂修饰的碳纳米管，所述硅烷偶联剂修饰的碳纳米管的具有如下化学结构单元为(NH₂-R-SiO₃)_nC_m或(SH-R-SiO₃)_nC_m,其中R为烃基或烃基衍生物；