[发明专利]基于绒球状Ni掺杂MoO3纳米敏感材料的二甲苯传感器、制备方法及其应用

说明书

一种基于绒球状Ni掺杂MoO₃纳米敏感材料的二甲苯传感器，为旁热式结构，属于半导体氧化物气体传感器技术领域。由外表面的两条平行、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绒球状Ni掺杂MoO₃纳米敏感材料和置于Al₂O₃陶瓷管内的镍铬合金加热线圈组成。传感器处于工作状态时，给镍铬合金加热线圈通以直流电来提供传感器的工作温度，通过测量不同气氛中时两条金电极间的直流电阻阻值实现测量二甲苯浓度的功能。在MoO₃纳米球的基础上掺杂Ni离子，实现了绒球状的形貌，提高了对二甲苯的灵敏度，改善了选择性和稳定性，并且具有快速的响应恢复速度和良好的重复性。

技术领域

本发明属于半导体氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于简易的溶剂热合成的绒球状Ni掺杂MoO₃纳米敏感材料的二甲苯传感器、制备方法及其应用。

背景技术

空气污染严重危害环境和人类健康，特别是随着科学技术的发展，污染物气体的排放量也在不断增加，空气污染问题日益严重。人们的日常生活和生产总是与有毒气体和挥发性有机化合物(VOCs)接触，因此检测它们是非常关键的。二甲苯作为挥发性有机化合物的代表，对我们的日常生活有着重要的影响。虽然二甲苯广泛应用于涂料、树脂、染料、油墨等行业，但对眼睛和上呼吸道有刺激作用。高浓度时，对中枢神经系统有麻痹作用，长期接触可能有神经衰弱综合征的风险。因此，迫切需要一种实时监测和高灵敏度检测方法来检测二甲苯。

在目前的检测方法中，气体传感器具有过程简单、实时监测等优点，在气体检测领域占有重要地位。由于具有成本低、生产可控、响应速度快、稳定性高等特性，基于金属氧化物半导体的气体传感器受到越来越多的重视。研究表明，气敏材料的识别功能、转换功能和敏感体利用率决定着氧化物半导体传感器的敏感程度。而掺杂异质金属离子是对材料进行传感性能改性的一个有效的手段，掺杂金属离子会占据原有离子的位置，从而影响晶体生长，进而影响载流子浓度。因此，开展异质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绒球状Ni掺杂MoO₃纳米敏感材料的二甲苯传感器、制备方法及其应用。本发明通过对半导体材料进行掺杂，增加传感器的灵敏度，改善传感器对检测气体的选择性，促使此传感器在气体检测领域实现应用化。

本发明中所述的基于绒球状Ni掺杂MoO₃纳米敏感材料的二甲苯传感器，为旁热式结构，其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绒球状Ni掺杂MoO₃纳米敏感材料和置于Al₂O₃陶瓷管内的镍铬合金加热线圈组成。传感器在工作时，给镍铬合金加热线圈通以直流电来提供传感器的工作温度，通过测量不同气氛中两条金电极间的直流电阻阻值实现测量二甲苯浓度的功能。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。其中，绒球状Ni掺杂MoO₃纳米敏感材料由如下步骤制备得到：

(1)将0.48～0.5g钼酸钠二水合物，0.02～0.06g硝酸镍六水化合物，0.6～0.7 g硫脲和0.45～0.5g柠檬酸溶解在含有50mL去离子水和20mL无水乙醇的70mL 混合溶液中，剧烈搅拌30～60min形成均匀溶液；

(2)然后将步骤(1)所得溶液转移到高压水热釜中，在180～200℃条件下水热反应20～30h；