[发明专利]一种高灵敏气体检测传感器

说明书

本发明涉及一种高灵敏气体检测传感器，其气体检测材料是石墨烯/金属氧化物/金属硫化物构成的高灵敏三元复合气体检测材料，利用金属硫化物在气体检测方面体现出的快速响应时间、金属氧化物纳米颗粒良好的分散性以及石墨烯较大的表面积的特点，通过三者的协同作用，克服了传统单一金属氧化物半导体制备的气体传感器响应度较差、稳定性差和寿命短的问题，并且通过添加复合改性剂使得TiO₂纳米颗粒具有良好的分散性，使得以此三元复合气体检测材料制备的气体检测传感器对于气体的检测具有更高的灵敏度以及更好的选择性和稳定性。

技术领域

本发明属于气体检测传感器技术领域，尤其是涉及一种灵敏度、响应性和选择性优良的基于高灵敏三元复合气体检测材料的气体检测传感器。

背景技术

随着现代工业的发展和信息科学的进步，作为摄取信息的功能部件—传感器，在国内外，受到普遍的重视。传感技术的发展将会引起一场新的工业革命，气体传感器是一个重要的分支，它广泛地应用于国防建设、工业生产、交通控制、灾害报警、医疗监护、人工智化、生命与宇宙科学领域。在气体排放和环境气体成分检测领域，为了更好更精确的检测气体成分，气体传感器已经成为必不可少的核心器件。

气体检测材料是气体检测传感器的核心部件，，当气体检测材料遇到特定的气体时，在一定条件下其物理化学性质将随外界气体种类、浓度的变化而发生一定的变化，据此，可以将其作为气体传感器感应器件。国外在20世纪30年代就开始有了气体检测材料的研究，目前，随着现代社会对易燃、易爆、有毒、有害气体的检测以及控制和报警的要求越来越高，气体检测材料的性能和种类均得到了一定的发展。金属氧化物半导体是气体检测材料里最常见的一种，但其性能也存在一些问题，如响应恢复时间长、稳定性差和寿命短等，近年来，人们开始研究金属硫化物半导体在气体传感器方面的应用。

金属硫化物半导体气体传感器，是指采用金属硫化物材料作为敏感材料制备的气体传感器，当金属硫化物半导体器件与被测气体接触时，会产生表面吸附或其他物理、化学吸附作用，这种作用会导致气体检测材料的电阻或者功函数发生变化，即转化为电信号，依据这些电信号的强弱变化，就可以得知被测气体的存在浓度等相关信息，CdS、CuS、ZnS是目前较热的金属硫化物气体检测材料，但是仅使用金属硫化物作为气体传感器的气体检测材料是，检测气体的响应度仍然有提高的空间。

金属氧化物、石墨烯作为纳米材料是目前最常使用的气体敏感材料之一，由于纳米粒子尺寸小，比表面积大，表面活性高，适合作气体检测材料，如纳米二氧化钛可制成灵敏度很高的气体检测元件，但是单一纳米材料气体传感器对于气体的选择性较差，同时纳米材料在溶剂中容易发生团聚，分散性较差，使得制备的纳米材料颗粒存在不均匀的情况从而导致对于气体检测的响应性和灵敏性受到影响。

气体检测材料的响应度和灵敏度很大程度取决于材料表面结构和催化活性，因而常对敏感材料进行改性，以提高传感器的性能，通常采用两种方法：一是通过合成出特殊形貌、结构的气体检测材料，增加比表面积和材料的量子尺寸；二是合成含有掺杂剂的气体检测材料。

专利CN108181355A公开了一种用于二氧化氮气体检测传感器的二硫化锡/石墨烯/二氧化锡三元复合气体检测材料的制备方法，对于NO₂的检测灵敏度达到10ppb，实现在低温下对于NO₂高灵敏、低检测极限的气体检测响应。但是SnO₂纳米材成本相对较高，且化学稳定性较差，同时在制备过程中仅添加了油酸和油胺作为表面活性剂，并未有效改善SnO₂作为纳米材料易团聚的问题，使得制备出的三元复合纳米材料存在纳米颗粒不均匀的问题，进而影响气体检测的灵敏性和响应度。

因此，急需一种能够有效改善纳米颗粒团聚效应，提高气体检测传感器灵敏度、选择性、响应性以及稳定性的高灵敏复合气体检测材料，使得制备的气体检测传感器性能更加优良。

发明内容