[发明专利]一种基于中空球结构La掺杂氧化铟纳米敏感材料的H2S传感器及其制备方法

说明书

一种基于中空球结构La掺杂氧化铟纳米敏感材料的H₂S传感器及其制备方法，属于半导体氧化物气体传感器技术领域。由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al₂O₃陶瓷管衬底、涂覆在Al₂O₃陶瓷管外表面和金电极上的La掺杂氧化铟纳米敏感材料、置于Al₂O₃陶瓷管内的镍镉加热线圈组成。通过在In₂O₃中空球上掺杂La元素，提高了对H₂S的灵敏度，材料的检测下限较低，且具有快速的响应恢复速度和良好的重复性，在检测含量方面有广阔的应用前景；本发明所述方法具有合成步骤简单，成本低廉，体积小，适于大批量生产的优良特点。

技术领域

本发明属于半导体氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于中空球结构La掺杂氧化铟纳米敏感材料的H₂S传感器及其制备方法。

背景技术

硫化氢(H₂S)是无色、有臭鸡蛋气味的毒性气体。当空气中含有0.1％体积的H₂S时，就会引起人们头疼、晕眩。当吸入大量H₂S时，会造成昏迷，甚至死亡。与H₂S接触多，能引起慢性中毒，使感觉变坏，头疼、消瘦等。H₂S在工业上是生产石油、塑料、橡胶的重要副产物，并且是属于易燃气体，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇到明火、高热能容易引起爆炸。工业生产上，要求空气中H₂S的含量不得超过0.01毫克/升。因此，H₂S气体的检测具有十分重要的意义。

在种类众多的气体传感器中，以半导体氧化物为敏感材料的电阻型气体传感器具有灵敏度高、检测下限低、选择性好、响应和恢复速度快、制作方法简单、成本较低等优点，是目前应用最广泛的气体传感器之一。随着纳米科学与技术的发展，将气敏材料调控成纳米结构能够极大地提高材料的比表面积，增加活性位点，可以使气敏特性得到改善。另外，人们发现通过异质掺杂剂掺杂的半导体氧化物复合材料能够显著地改善传感器的灵敏度和选择性。这主要是因为掺杂金属离子可以提高传感材料的载流子迁移率，从而提升了其“转换功能”；其次，有些金属掺杂剂可以作为催化剂使发生在半导体氧化物表面相应的氧化还原反应得到催化，可以提高传感器的选择性，改善了传感材料的“识别功能”。基于这点，开展金属掺杂的氧化物半导体的设计和制备，对于扩大气体传感器的应用具有十分重要的科学意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于中空球结构La掺杂氧化铟纳米敏感材料的H₂S传感器及其制备方法。本发明通过对半导体材料进行掺杂，增加传感器的灵敏度，提高传感器的响应速度，改善传感器的重复性，促进此种传感器在H₂S气体检测领域的实用化。

本发明所得到的传感器除了具有较高的灵敏度外，并具有较好的选择性、重复性和长期稳定性。该传感器对H₂S的检测下限为1ppm，欧盟规定的H₂S气体检测限在500ppb～10ppm。因此，本发明传感器可用于大气环境中H₂S蒸汽含量的检测。本发明所采用的市售的管式结构传感器，制作工艺简单，体积小，利于工业上批量生产，因此具有重要的应用价值。

本发明所述的基于中空球结构La掺杂氧化铟纳米敏感材料的H₂S传感器，由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al₂O₃陶瓷管衬底、涂覆在Al₂O₃陶瓷管外表面和金电极上的纳米敏感材料、置于Al₂O₃陶瓷管内的镍镉加热线圈组成；其特征在于：纳米敏感材料为La掺杂氧化铟，且由如下步骤制备得到，