[发明专利]缺陷较少的ZnO微晶纳米球气敏材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种缺陷较少的ZnO微晶纳米球气敏材料及其制备方法，包括由纳米晶团聚而成的ZnO微晶纳米球，所述纳米晶的直径为5nm‑15nm。本发明提出的ZnO微晶纳米球由5‑15nm的纳米晶团聚而成，而且在高温下合成的ZnO微晶纳米球具有较少的表面缺陷态。可以有效地将纳米颗粒的高比表面，有利于提高材料表面气体的‑脱附量，获得较大的电阻变化值，从而极大地提高材料的气敏性能。料的方法具有成本低廉、工艺简单、反应时间短、重现性好和适于大规模生产等优点，在气敏传感器中有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及化学材料领域，尤其涉及的是一种缺陷较少的ZnO微晶纳米球气敏材料及其制备方法。

背景技术

相关研究结果表明，具有较小尺寸的ZnO纳米结构因拥有相对较大的比表面积，将导致更多的气体吸附和脱附，最终极大提高了器件的气敏性能；因而如何获得具有较高比表面积的ZnO纳米材料一直备受关注。在各种ZnO纳米结构(纳米球、纳米线、纳米管、纳米带、纳米片、纳米飞机等)中，微晶纳米球[单个纳米球整体尺寸约几百纳米，是由无数直径约十个纳米左右的单晶微粒聚合而成，我们称之为微晶纳米球结构具有最大的比表面积。

近年来，国际上一些研究小组相继开展了ZnO纳米/微米球方面的制备研究。比如：魏等人[硅酸盐学报45(10):1481(2017)]采用静电纺丝法制备了钇掺杂ZnO微米球，制备的微米球尺寸高达几个微米，形状不规则且粒径分布极不均匀。Chen等人[J.AlloyCompd.687:342(2016)]采用水热法合成了Ag掺杂ZnO微米球，这些微米球粒径分布极不均匀且构成微米球的单晶微粒尺寸高达50纳米。Guo等人[Sens.Actuators B 178:53(2013)]采用水热法合成了钇掺杂ZnO空心纳米球，但是构成纳米球的单晶微粒同样达到了50纳米。国际上首次合成出较好的ZnO微晶纳米球并对其气敏性能进行研究的工作非Xu等人[Mater.Lett.161:495(2015)]莫属。2015年，Xu等人采用溶剂热法，以六水合硝酸锌、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇作为原材料，在高压反应釜中合成出ZnO微晶纳米球；随着六水合硝酸锌、聚乙烯吡咯烷酮在溶液中的浓度由起始浓度增至两倍，由无数颗粒尺寸约15纳米左右的单晶微粒构成的ZnO微晶纳米球粒径由300～350nm增至360～1070nm，同时纳米球气敏响应值由高达215(作者认为，无数颗粒尺寸约15纳米左右的ZnO单晶微粒的存在极大增加了纳米球的比表面积，从而极大提高了气敏响应值)迅速降低至14(相对于500ppm丁醇探测气体)，上述结果也证实了随构筑传感器纳米材料尺寸的减小器件响应值将得到提高的事实。

尽管大量国内外科研人员正从事ZnO纳米/微米球的制备及其气敏性能研究的相关工作，但是相关工作还存在着如下不足之处：(1)合成的ZnO微米球粒径分布极不均匀，导致微米球间性能的差异，限制了该材料的应用；(2)聚合成微米球的小单晶颗粒尺寸接近50纳米，如此大的颗粒尺寸极大减小了微米球的比表面积，从而严重降低了气敏传感器的气敏性能；(3)ZnO微晶纳米球是在高压反应釜中合成的，反应装置具有一定危险性；(4)反应温度对ZnO微晶纳米球形貌、缺陷态以及制作的传感器的气敏性能的影响未进行研究。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种ZnO微晶纳米球中包含的缺陷含量最低，与此同时，对应的气敏传感器对乙醇展现出最高的响应值法的ZnO微晶纳米球气敏材料及其制备方法。

本发明的技术方案如下：一种缺陷较少的ZnO微晶纳米球气敏材料，包括由纳米晶团聚而成的ZnO微晶纳米球，所述纳米晶的直径为5nm-15nm。

应用于上述技术方案，所述的ZnO微晶纳米球气敏材料中，所述ZnO微晶纳米球是采用多元醇法在140℃-280℃反应聚合而成的ZnO微晶纳米球。

应用于各个上述技术方案，所述的ZnO微晶纳米球气敏材料中，所述ZnO微晶纳米球是采用多元醇法在220℃-260℃反应聚合而成的ZnO微晶纳米球。