[发明专利]一种基于SnO2-Co3O4异质结纳米结构敏感材料的二甲苯气体传感器及其制备方法

说明书

一种基于SnO₂‑Co₃O₄异质结纳米结构敏感材料的二甲苯气体传感器及其制备方法，属于半导体氧化物气体传感器技术领域。由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的陶瓷管衬底、涂覆在陶瓷管外表面和金电极上的SnO₂‑Co₃O₄异质结纳米结构敏感材料、置于陶瓷管内的镍铬合金加热丝组成；本发明所述的基于SnO₂‑Co₃O₄异质结纳米结构敏感材料的传感器对二甲苯表现出优异的灵敏度(101.9～100ppm)以及较低的检测下限(0.05ppm)。制备器件的工艺简单、体积小、适于大批量生产，在检测微环境中二甲苯污染物方面有广阔的应用前景。

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SnO₂-Co₃O₄异质结纳米结构敏感材料的二甲苯气体传感器及其制备方法。

背景技术

二甲苯广泛用于涂料、树脂、染料、油墨等行业做溶剂；用于医药、炸药、农药等行业做合成单体或溶剂；也可作为高辛烷值汽油组分，是有机化工的重要原料。然而，类似于其他有机溶剂，二甲苯对眼睛及上呼吸道有刺激作用，高浓度时，对中枢系统具有麻醉作用。因此，研制具有高灵敏度以及痕量气体检测下限的二甲苯气体传感器具有十分重要的意义。

在种类众多的气体传感器中，以半导体氧化物为敏感材料的电阻型气体传感器具有灵敏度高、检测下限低、选择性好、响应和恢复速度快、制作方法简单、成本较低等优点，是目前应用最广泛的气体传感器之一。随着纳米科学与技术的发展，将气敏材料调控成纳米结构能够极大地提高材料的比表面积，增加活性位点，可以使气敏特性得到改善。另外，通过使两种气敏材料相结合，利用它们之间的协同效应可以使得气敏材料得到进一步改性，从而获得更好的气敏特性。

Co₃O₄作为一种代表性的p型半导体功能材料，适用于如锂离子电池，超级电容器和多相催化等各种领域的应用，但是由于它们通常具有比n型半导体更低的响应，所以包括Co₃O₄在内的所有p型半导体氧化物很少以其原始形式用于传感应用。然而得益于Co₃O₄具有良好的催化效果和高吸附氧的优点，使得其在传感领域的应用仍然具有很大的开发价值。通过将两个或多个具有不同带隙的半导体组合以形成异质结，可以优化气体传感器的气敏特性。因此本发明结合SnO₂高电子迁移率以及高化学稳定性等优点，对Co₃O₄材料进一步改性，进而使得气体传感器的气敏特性显著提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于SnO₂-Co₃O₄异质结纳米结构敏感材料的二甲苯气体传感器及其制备方法。

利用SnO₂-Co₃O₄异质结纳米结构作为敏感材料，一方面Co₃O₄对多种VOC气体都具有较好的催化氧化活性，而且针对苯、甲苯、二甲苯一类反应活性较低的气体仍然可以起到很好的催化效果；另一方面经过SnO₂改性以后，极大地提高了Co₃O₄的异质结纳米结构的比表面积，使得吸附氧能力增强，所以会引起更多的氧分子参与反应；此外，由于SnO₂与Co₃O₄之间异质结的存在，使得载流子的调制作用更加明显，导致敏感材料的电阻变化的更加明显。这三方面的共同作用大幅提高了气体与敏感材料的反应效率，进而提高了传感器的灵敏度。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。