[发明专利]一种用于气体检测的氧化铟材料及制备方法

说明书

本发明属于气体检测技术领域，公开了一种用于气体检测的氧化铟材料及制备方法，以硫脲，四水合氯化铟为原料，先通过磁力搅拌混合均匀，在聚四氟乙烯的反应釜中180℃反应16h，获得硫化铟材料。通过与硫化铟，硫化铟/氧化铟中间产物比较，氧化铟在260℃具有更好的乙醇传感性能，线性范围为2ppm‑100ppm,检出限(LOD)低至0.4ppm。同时，氧化铟传感器还具有良好的重复性和选择性。这主要是由于氧化铟材料表面有更多的化学氧和氧空位。简单的二维纳米片组装的花状多孔球传感材料的制备策略，可为其他乙醇气体传感器的制备和其他基于二维金属氧化物半导体材料的传感器的制备提供便利。

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，尤其涉及一种用于气体检测的氧化铟材料及制备方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

随着人们对环境监测、工业排放控制和疾病诊断的关注，高灵敏度气体传感器越来越受到人们的重视。在各种类型的气体传感器中，金属氧化物半导体(MOS)传感器因其制造简单、成本低、灵敏度高等优点而成为最具吸引力的传感器之一。然而，影响MOS气体传感器传感性能的因素有很多。金属氧化物半导体(MOS)传感器气体传感材料的内在特性是人们首先要考虑的关键因素之一。作为电子供体或受体的气体传感材料可通过物理/化学反应将目标气体分子吸附在其材料表面和晶格空位上，引起气体传感器体电阻的变化。与目标气体的氧化还原反应程度决定了MOS气体传感器的灵敏度。影响气体传感材料的其他因素，如材料的热稳定性、高比表面积、形貌和结构等，也会影响MOS气体传感器的性能，需要综合考虑。显然，探索一种既能提高气体灵敏度又能使MOS气体传感器具有理想的微纳米结构的最新气体传感材料仍然是一个巨大的挑战。

氧化铟(In₂O₃)是一种带隙为3.55-3.75eV，d-100nm纳米颗粒可能包含(π/6)d³nc≤10⁴电子宽禁带n型半导体材料。由于其简单的合成方法、优异的电导率和光电化学稳定性，In₂O₃被广泛应用于光催化、太阳能电池、液晶显示器和薄膜晶体管等领域。事实上，In₂O₃对外部大气也非常敏感，因为它具有丰富的氧空位，导带和材料表面有大量自由电子。目前为止，各种各样的In₂O₃形貌已经被用于气体传感器，如纳米纤维、纳米片、纳米线和空心管结构。然而，在这些结构中，应用于气敏领域的三维(3D)微观结构、多孔性和高比表面积的In₂O₃却鲜有报道。因此，采用简单的合成路线制备出具有显著的气体传感性能的多孔球结构In₂O₃气体传感材料，对In₂O₃MOS气体传感器具有重要的实验和实用意义。乙醇是挥发性有机化合物的一种，在室温下是一种易燃、无色、有芳香气味的气体。长时间暴露在高水平的乙醇环境中会导致短期或长期的不良健康影响，如头痛、视力模糊、慢性中毒、痉挛和呼吸困难等。因此，定量检测封闭环境下乙醇浓度具有重要意义。

采用硫脲辅助水热法结合退火处理的方法制备了一种具有三维多孔球结构的新型In₂O₃气体传感材料。在水热法制备过程中，首先获得了以二维纳米片自组装的三维硫化铟作为多孔In₂O₃材料的前驱体。然后，通过控制不同的退火温度和退火时间，获得了氧化铟和硫化铟/氧化铟复合材料。并且制备了基于硫化铟、硫化铟/氧化铟和氧化铟材料的气体传感器，并对其气体传感性能进行了测试。实验结果表明，经过500℃退火的纳米片厚度约为37.5nm的多孔氧化铟球对乙醇气体传感具有较高的响应强度、较好的选择性和较短的响应/恢复时间。