[发明专利]氧空位主导的基于CuO/ZnFe2

说明书

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及其制备方法，属于气体传感器技术领域。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。本发明的工艺简单、制得的二甲苯气体传感器体积小、适于大批量生产，因而具有重要的应用价值。本发明具有制备方法简单、成本低廉、响应恢复速度快、有望大规模生产的特点，对二甲苯具有良好的检测性能。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及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及其制备方法。

背景技术

随着工业和科技的飞速发展，在物质财富极大丰富的同时，由可挥发有机化合物所导致的健康问题已经成为了社会关注的焦点。人们有越来越多的机会接触危险气体，例如以甲烷和一氧化碳为主要成分的天然气，装修材料中释放的有机易挥发性有毒气体甲醛、苯、二甲苯，煤炭燃烧、汽车尾气中的二氧化硫和氮氧化物等。这些易燃易爆、有毒有害气体一旦产生或泄露，就会对人们的健康和生命造成威胁。因此，开发响应度高、检测速度快的气体传感器就十分有必要。

二甲苯是石油工业的基本原材料，对人体有着极大的危害。长期接触二甲苯气体可能导致某些身体器官的损害，如眼睛、肺部、皮肤等。如果在二甲苯发生泄漏初期浓度低于爆炸限时发出警报，就能够有效地避免严重的损失。因此，开发响应度高、检测下限低、响应速度快的二甲苯气体传感器具有重要意义。

用于气体传感的材料有很多，目前主要应用氧化物半导体敏感材料。不同形貌的氧化物半导体敏感材料对气敏性能有着很大的影响，因此往往通过合成不同形貌的敏感材料来改善气敏性能。除此之外，敏感材料的结构也对气敏性能有影响，因为核壳结构具有更多的催化活性位和大比表面积，所以被广泛应用于气体探测、能量储存和光催化。

本发明所使用的基于热解固态前驱体的自模板法制备的铁酸锌纳米材料，由于能耗低、污染小，具有非常好的应用潜力。由这种方式制得的气体传感器是利用敏感材料直接吸附检测气体，使得材料的电学性质等发生变化，通过测试敏感元件的输出信号变化而检测气体浓度。

发明内容

本发明的目的是提供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及其制备方法。该方法简单易行、工序少、成本低廉、对设备要求低，能够提高该气体传感器对二甲苯气体的气敏响应，适于大批量生产，具有重要的应用价值。如图1所示，本发明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，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，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。