[发明专利]一种检测氨气的气敏材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种检测氨气的气敏材料的制备方法及应用，属功能材料、传感技术与环境监测技术领域。本发明分别制备MoS₂和g‑C₃N₄材料，以溶胶法制备g‑C₃N₄/MoS₂纳米复合材料作为气敏材料来检测氨气；将涂覆g‑C₃N₄/MoS₂纳米复合材料的气敏元件老化后将电阻丝穿过其内部，之后用锡将陶瓷管上的6根细丝与气体传感器底座的6根柱子焊接，即得到所需的检测氨气的传感器气敏元件。制得的气敏元件对氨气的检测具有高灵敏度、高选择性等优点，可用于检测工业环境中的氨气。

技术领域

本发明涉及一种检测氨气的气敏材料及制备方法及应用，属功能纳米材料制备技术和气体传感检测技术领域。

背景技术

上个世纪三十年代，国外开始研究并陆续开发出气敏传感器，至上个世纪中期，传感领域迅速发展，其中半导体传感器、固态电解质传感器以及湿度传感器在某些国家已经实现了商品化。现如今，已陆续开发出上百种气体传感器。近些年来，通过把气敏材料制成薄膜或纳米结构来提高其气敏性能，因为气敏材料的吸附能力、比表面积及活性位点等是影响其选择性和灵敏度的主要原因。所以，如何提高气体传感器的响应速度、灵敏度以及选择性成为现今研究的主要方向。

由于金属氧化物半导体有其独特的性能优点，如响应时间短、灵敏度高等，很多气敏材料研究人员将金属氧化物作为主要研究对象，但金属氧化物气敏材料要求的工作温度较高，一般会高于200℃，并且还会需要辅助的加热条件，这使得金属氧化物气敏材料功耗大、稳定性不好。而且待测物还可能会因为较高的工作温度而发生热降解，这样就会使检测结果受到很大影响。金属硫化物半导体材料对表面电性能的变动非常敏感，因为其表面态密度比较低，因此具有作为高灵敏电阻型气敏元件的巨大潜力。而且金属硫化物半导体纳米材料具有比表面积大、表面态可调控等优点，制备工艺也比较成熟，近些年在气体传感方面的应用开始受到广泛关注。

半导体气体传感器包括电阻值、工作温度、灵敏度、选择性和稳定性以及响应速度、响应/恢复时间等多个性能参数。其中气体传感器的灵敏度(S)为气敏元件在干净的空气环境中的电阻值(Ra)与充满被测气体的环境中的电阻值(Rg)的比值，公式为：S＝Ra/Rg。灵敏度反映了气敏元件对被测气体的敏感程度的大小，是检测气体传感器性能的重要参数和测试指标。通常灵敏度越高的气敏材料其在生产和生活中的应用价值越高。

响应时间为气敏元件与被测气体从开始相遇到阻值达到稳定的这段时间的90％。它体现了气敏元件对环境中的待测气体的响应快慢，通常气敏元件的响应时间越短就证明其响应性能越好。同理，恢复时间为气敏元件从被测气体中离开到阻值达到与干净空气中的电阻值相同的这段时间的90％。它体现了气敏元件脱离被测气体的快慢，通常气敏元件的恢复时间越短就证明其恢复性能越好。

二维(2D)纳米结构材料由于其具有的特性，如纳米尺度的厚度和大的比表面积，使二维纳米材料对各种化学气体分子具有出色的吸附能力，表明它们具有良好的气体传感性能。二硫化钼(MoS₂)具有独特的二维层状结构、高比表面积、可调节带隙(1.2～1.8eV)、无毒性、高迁移率、高通断电流比和优良的机械强度等优点，是低温下高性能传感材料的有前途的候选材料。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的禁带宽度适中，能够与多种半导体耦合，提高电子与空穴的分离效率，有利于电子的转移。将g-C₃N₄与MoS₂复合，制备出g-C₃N₄/MoS₂气体传感器，实现材料与功能的一体化，发挥出两种材料的优势，对于提高材料的传感性能具有重要意义。

氨广泛应用于各种行业生产中，但它是一种容易爆炸和易燃的有害气体。长期接触氨会对人体造成很大伤害，因此，制备一种快速、可靠、高灵敏度和选择性的氨气气体传感器是当前迫切需要的。