[发明专利]高抗湿性的纳米气敏材料的制备方法和气敏传感器

说明书

一种高抗湿性的纳米气敏材料，其通过以下步骤来制备：(1)将五水四氯化锡与去离子水混合；(2)向五水四氯化锡与去离子水的混合物中加入氢氧化钠，使pH值保持为10‑11；(3)在室温下搅拌，产生沉淀；(4)将步骤(3)的沉淀与氧化锌纳米颗粒共溶于去离子水中并搅拌形成溶液；(5)将步骤(4)的溶液置于高压釜中在200℃下加热12h；(6)将步骤(5)中加热后的溶液冷却降温后离心取沉淀物，用去离子水和无水乙醇反复离心清洗沉淀；(7)在80℃下烘干沉淀，得到氧化锌掺杂氧化锡的纳米气敏材料。本发明还提供含有该高抗湿性纳米气敏材料的气敏传感器，其适用于检测SF₆故障分解气体CO，具有高抗湿性以及高的灵敏度。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及高抗湿性的纳米气敏材料以及包括该高抗湿性气敏材料的气敏传感器。

背景技术

传感器能够实时测量GIS中SF₆故障分解气体组分，是在线监测设备的核心关键，其直接影响SF₆故障分解气体分析与在线监测系统结果的准确度、设备的稳定性和整套设备的使用期限。气敏传感器是指当其周围工作环境中存在一定浓度的敏感气体时，气体与材料接触表面发生某种化学反应致使其电阻发生变化，从而输出信号的器件。

SnO₂是典型的宽带隙n型半导体材料，具有独特的物理和化学特性，且属于表面控制型材料，可通过改变材料的形貌结构提高表面气体吸附量。SnO₂材料对变压器油中溶解的H₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆七种故障特征气体均敏感，目前是制备气体传感器的重要材料。但SnO₂传感器存在选择性差、灵敏度不高、易中毒、寿命短、易受外界因素干扰等缺点，严重制约了它的使用和发展。

此外，工作中的传感器需要长期暴露在工作环境中，环境的湿度会大大影响传感器的性能。正常环境空气湿度一般为40％～70％，这相当于空气中含有11440μL/L-20019μL/L浓度的水蒸气，水蒸气分子吸附在气敏材料表面，与待检测目标气体形成竞争关系，严重影响气敏反应的正常进行，甚至导致传感器信号误报。

因此，非常有必要开发一种高抗湿性的气敏材料，用于制备具有高抗湿性能及高灵敏度的气敏传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高抗湿性的气敏材料的制备方法以及包括该高抗湿性气敏材料的气敏传感器，该传感器可用于进行SF₆故障分解气体的原位检测，可直接检测CO及多种SF₆故障分解气体，具有准确度高、操作简单、成本低等优点。

一方面，本发明提供一种高抗湿性气敏材料的制备方法，该材料是氧化锌掺杂氧化锡的纳米气敏材料，其通过以下步骤来制备：(1)将五水四氯化锡与去离子水混合；(2)向五水四氯化锡与去离子水的混合物中加入氢氧化钠，使pH值保持为10-11；(3)在室温下进行搅拌，使得产生沉淀；(4)将步骤(3)得到的沉淀与氧化锌纳米颗粒共溶于去离子水中并搅拌形成溶液；(5)将步骤(4)的溶液置于高压釜中在200℃下加热12h；(6)将步骤(5)中加热后的溶液冷却降温后离心取沉淀物，用去离子水和无水乙醇反复离心清洗沉淀物；(7)在80℃下烘干沉淀物，得到所述氧化锌掺杂氧化锡的纳米气敏材料。

优选地，所述氧化锌掺杂氧化锡的纳米气敏材料中锡锌原子比为1:1。

优选地，在上述步骤(1)中，按每2mmol五水四氯化锡与30ml去离子水混合的比例将五水四氯化锡与去离子水进行混合。

优选地，在上述步骤(5)中，加热过程中温度以2℃线性增加。