[发明专利]一种基于六方氮化硼纳米片的二氧化氮检测用气敏元件及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种基于六方氮化硼纳米片的二氧化氮检测用气敏元件及其制备方法和应用，属于半导体材料技术领域。本发明以六方氮化硼纳米片作为气敏材料，利用六方氮化硼纳米片高导热率、低热膨胀系数、低介电常数、高化学稳定性、强高温抗氧化性和高比表面积的性质，以其制备的二氧化氮检测用气敏元件，除具有灵敏度高、选择性好、重复性佳的优点，还适合在高温条件下工作。实施例结果表明，本发明提供的气敏元件用于二氧化氮检测时，其响应时间为18s，恢复时间为13.5s，最佳工作温度为425℃。同时，本发明提供的制备方法操作简单，成本低廉，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，特别涉及一种基于六方氮化硼纳米片的二氧化氮检测用气敏元件及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化氮(NO₂)是一种有毒的空气污染物，人为产生的二氧化氮主要来自高温燃烧过程的释放，比如机动车尾气、锅炉废气的排放等。二氧化氮所带来的环境效应多种多样，二氧化氮不仅是酸雨、光化学烟雾的主要成因之一，还会影响湿地和陆生植物物种之间竞争与组成变化，降低大气能见度，并且能够导致地表水的酸化、富营养化(由于水中富含氮、磷等营养物藻类大量繁殖，从而导致水体溶解氧量下降、水质恶化、鱼类及其他生物大量死亡的现象)以及增加水体中有害于鱼类和其它水生生物的毒素含量。仅10ppm二氧化氮就会损害人体肺部甚至造成病变，因此，制备出高选择性、高灵敏度的二氧化氮气敏传感器对于环境保护和人体健康尤为重要。

目前在对二氧化氮的检测中，应用最广泛的是二氧化锡、三氧化钨、氧化铟等金属氧化物半导体材料，金属氧化物气体传感器作为“气—电”信息转换器件，同其它方法相比，具有快速、简便等优点，由于研究开发较早，现在已广泛用于空气质量检测、食品、香精、香水的质量评定及生产过程控制等领域。但是金属氧化物半导体的稳定性较差，受环境影响较大，故对气体选择性较差。

目前解决上述问题的方法有：通过对金属氧化物中进行贵金属掺杂，从而制备出二元、三元复合金属氧化物；或者是通过金属有机化学气相沉积、分子束外延等方法制备金属氧化物异质结来，从而提高金属氧化物气敏传感器的性能。但是这些解决方案存在着工艺繁琐、造价昂贵、无法大规模生产等缺点。决定气敏传感器性能的关键在于传感器中的气敏元件所用的气敏材料，因此对目前检测所用的气敏材料进行改良，是提高气敏传感器性能的有效手段。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于六方氮化硼纳米片的二氧化氮检测用气敏元件及其制备方法和应用。本发明提供的基于六方氮化硼纳米片的二氧化氮检测用气敏元件成本低、检测灵敏度高、重复性好、适合在高温下工作。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于六方氮化硼纳米片的二氧化氮检测用气敏元件，所述气敏元件表面设置有气敏材料层，所述气敏材料层中的气敏材料为六方氮化硼纳米片。

优选的，所述气敏材料层的厚度为0.1～1mm。

优选的，所述六方氮化硼纳米片的直径为1～10μm，厚度为1～50nm。

本发明提供了上述基于六方氮化硼纳米片的二氧化氮检测用气敏元件的制备方法，包括以下步骤：

(1)将所述气敏材料与溶剂混合后研磨，得到糊状浆料；

(2)将所述糊状浆料涂覆于气敏元件的表面并干燥，得到基于六方氮化硼纳米片的二氧化氮检测用气敏元件。

优选的，所述步骤(1)中的溶剂为无水乙醇或去离子水。

优选的，所述步骤(1)中气敏材料质量与溶剂体积的比为10mg：0.5～1mL。

优选的，所述步骤(2)中干燥的温度为50～70℃。