[发明专利]一种稀土掺杂氧化锡纳米气敏材料、其制备方法及其制备的气敏探测器

说明书

本发明公开了一种稀土掺杂氧化锡纳米气敏材料、制备方法及其制备的气敏探测器，属于纳米半导体的制备领域。包括如下步骤：将表面活性剂加入SnCl₂·H₂O溶液中和无水乙醇的混合液中至充分溶解；然后加入稀土金属硝酸盐，对溶剂进行加热，超声波辅助反应；最后离心收集白色沉淀，经过干燥、退火工艺，得到目标产物。本发明通过采用超声波辅助反应优化工艺，得到了更小尺寸的纳米材料，从而提高了纳米材料的灵敏度、降低纳米材料的最佳工作温度；通过稀土掺杂，对检测气体进行电子催化，降低检测气体吸附氧离子的反应的活化能，进一步降低气敏材料的最佳工作温度；进而减小气敏传感器的能量消耗和磨损，提高气敏材料的使用寿命。

技术领域

本发明属于纳米半导体的制备领域，尤其是一种稀土掺杂氧化锡纳米气敏材料、制备方法及其制备的气敏探测器。

背景技术

半导体气体探测器是以纳米半导体材料作为气体响应材料，是气体传感器中发展最迅速、研究最深入的一类。其气敏响应是由半导体本身的电阻率随着测试气体的吸附、脱附而发生强弱变化的特殊性质所决定：当半导体纳米材料与被检测的气体接触和隔离的过程中，与气体发生化学反应造成电子的转移，引起材料的电导率的改变，形成电信号，通过对比测试前和测试后电信号的差异来反映环境气氛的变化，通过集成电路来反应灵敏度的大小。

现阶段，以SnO₂、ZnO为主体的纳米半导体气敏材料研究最为深入。但是以SnO₂、ZnO为主体的纳米半导体制备的气体传感器需要在一定的温度条件下工作，在这一温度条件下气敏材料对特定浓度的特定气体能够表现出较优异的灵敏度，这个温度也称为该气敏材料的最佳工作温度。理论来讲，气体传感器工作温度低、消耗的能量少，气敏材料的使用寿命才会长。但是现阶段以SnO₂、ZnO为主体的纳米半导体的气敏材料的最佳工作温度往往比较较高。

发明内容

发明目的：提供一种稀土掺杂氧化锡纳米气敏材料、制备方法及其制备的气敏探测器，以解决上述背景技术中所涉及的问题。

技术方案：一种稀土掺杂氧化锡气敏探测器，包括：

基体，为一个圆筒形的氧化铝陶瓷管；

电极，由铜箔制成的，缠绕在所述基体的两端；

加热丝，由镍铬合金制成，呈螺旋分布、并相抵于在所述基体内壁；

半导体体介质，涂覆在所述基体和电极外表面的气敏性半导体材料；

其中，所述半导体材料为稀土掺杂氧化锡纳米半导体，具体为：，x=0.02～0.08。

其中，稀土掺杂氧化锡纳米气敏材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、配置0.2mol/L的SnCl₂·H₂O溶液，将摩尔比为1～2%的表面活性剂加入SnCl₂·H₂O溶液中，最后在加入体积比为25～35%的无水乙醇，然后机械搅拌10～30min至充分溶解；

S2、放置于反应釜中对溶剂进行加热，反应温度为60～85℃，超声波辅助反应2～4h，然后加入稀土金属硝酸盐，升高温度至140～180℃，超声波辅助反应8～12h，获得乳白色半透明粘稠胶体；

S3、通过离心收集反应釜底部的白色沉淀，经过多次去离子水和无水乙醇清洗后，将样品置于50℃真空干燥箱中干燥7h，

S4、最后在经过退火工艺，得到目标产物。

在进一步的实施例中，所述SnCl₂·H₂O与所述稀土金属硝酸盐的摩尔比为100：（2～8）。

在进一步的实施例中，所述超声分辅助的频率为20KHz，功率为200～1200W。