[发明专利]氧空位主导的基于CuO/ZnFe2

权利要求书

1.一种氧空位主导的基于CuO/ZnFe₂O₄核壳结构微球的二甲苯气体传感器，其特征在于：从下至上依次由带有Pd金属插指电极的Al₂O₃衬底、在Pd金属插指电极和Al₂O₃衬底上采用涂覆技术制备的CuO/ZnFe₂O₄核壳结构微球敏感层组成；其中CuO/ZnFe₂O₄核壳结构微球的粒径为1～1.2μm，CuO纳米粒子修饰在ZnFe₂O₄纳米微球上，形成CuO/ZnFe₂O₄核壳结构微球。

2.如权利要求1所述的一种氧空位主导的基于CuO/ZnFe₂O₄核壳结构微球的二甲苯气体传感器，其特征在于：Pd金属插指电极的宽度和间距均为0.15～0.20mm，厚度为100～150nm，插指电极的对数是5～10对。

3.权利要求1或2所述的一种氧空位主导的基于CuO/ZnFe₂O₄核壳结构微球的二甲苯气体传感器的制备方法，其步骤如下：

(1)Pd金属插指电极的处理

首先分别用丙酮、乙醇棉球擦拭带有Pd金属插指电极的Al₂O₃衬底，再将带有Pd金属插指电极的Al₂O₃衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中，分别超声清洗5～10分钟，最后在100～120℃下干燥；

(2)CuO修饰的CuO/ZnFe₂O₄核壳结构微球的制备

①将1毫摩尔Zn(NO₃)₂·6H₂O、2毫摩尔Fe(NO₃)₃·9H₂O和1～3毫摩尔柠檬酸钠完全溶解在15～20毫升甘油和50～70毫升异丙醇的混合溶剂中并磁力搅拌，得到均匀且稳定的均相溶液；然后，将制备的均相溶液转移到100mL以聚四氟乙烯为内胆的不锈钢高压反应釜中，并在180～200℃下反应10～14小时；然后降到室温，反应液离心得到深绿色沉淀物，用去离子水洗涤，并在60～80℃下干燥12～24小时，从而得到Zn/Fe-甘油酸酯固态微球前驱体粉末；

②将步骤①制备的Zn/Fe-甘油酸酯固态微球前驱体粉末在350～500℃的空气下直接退火2～4小时，得到ZnFe₂O₄核壳结构微球；

③将步骤②制备的0.1毫摩尔ZnFe₂O₄核壳结构微球分散在20～25mL乙醇溶液中，将Cu(NO₃)₂·3H₂O加入上述溶液中，其中，Zn与Cu的原子数比为1000～50：1，搅拌10～20分钟后，将上述溶液转移到50毫升的以聚四氟乙烯为内胆的不锈钢高压反应釜中，在100～120℃下反应18～24小时；然后降到室温，反应液离心得到沉淀物，用去离子水洗涤，并在60～80℃下干燥12～15小时，从而得到氧空位主导的CuO/ZnFe₂O₄核壳结构微球，微球的粒径为1～1.2μm；

(3)基于CuO/ZnFe₂O₄核壳结构微球的二甲苯气体传感器的制备

将制备的氧空位主导的CuO/ZnFe₂O₄核壳结构微球放入研钵中，研磨5～10分钟，得到微球粉末；然后将研钵中滴入去离子水，再研磨5～10分钟，得到粘稠状的浆料；用小毛刷沾取少量的浆料，涂覆在带有Pd金属插指电极的Al₂O₃衬底上，然后将其在室温下烘干，得到厚度为2～4μm的CuO/ZnFe₂O₄核壳结构微球敏感层；最后在相对湿度为30～56％RH、温度为20～35℃的环境中，在80～100mA的直流电流下老化20～24小时，从而得到基于氧空位主导的基于CuO/ZnFe₂O₄核壳结构微球的二甲苯气体传感器。