[发明专利]一种基于双壳形Cu2

说明书

一种基于双壳形Cu₂O分等级结构微米球敏感材料的正丙醇气体传感器及其制备方法，属于半导体氧化物气体传感器技术领域。传感器是由市售的外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al₂O₃陶瓷管、涂敷在环形金电极和Al₂O₃绝缘陶瓷管上的双壳形Cu₂O敏感材料、以及穿过Al₂O₃绝缘陶瓷管的镍镉加热线圈组成。本发明由简单溶剂热法并利用谷氨酸弱还原剂制备出双壳形Cu₂O半导体敏感材料，实现了气敏特性的较大飞跃。所制备的传感器对正丙醇表现出卓越的选择性和灵敏度(11‑100ppm)，有较好的长期稳定性和重复性。此外，器件工艺简单，体积小，适于大批量生产，在检测正丙醇污染物方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于双壳形Cu₂O分等级结构微米球敏感材料的正丙醇气体传感器及其制备方法。

背景技术

正丙醇是一种无色透明的液体，具有类似乙醇的气味，是工业生产中常用的化学原料之一，例如溶剂、药物、油漆和化妆品等。但是正丙醇是有毒的挥发性有机化合物(VOCs)，它对人体健康具有极大的危害，长期皮肤接触可导致皮肤干燥和开裂。当暴露于高浓度(～400ppm)的正丙醇蒸汽中时，会出现头痛、嗜睡以及对眼、鼻和喉咙的刺激，但仍被用在工业上作为中间体来生产其他化学品以及在科研实验室中作为溶剂使用。因此，研制具有良好选择性和高灵敏度的正丙醇气体传感器以实现对微环境中正丙醇气体的高效检测具有十分重要的意义。

在种类众多的气体传感器中，以半导体氧化物为敏感材料的电阻型气体传感器具有灵敏度高、高稳定性、选择性好、响应和恢复速度快、制作方法简单、成本较低等优点，是目前应用最广泛的气体传感器之一。随着纳米科学与技术的发展，将气敏材料调控成具有新颖形貌的分等级结构能够极大地提高材料的比表面积、增加活性位点，可以使气敏特性得到改善，从而获得更好的气敏特性。

氧化亚铜(Cu₂O)是一种重要的P型金属氧化物半导体，由于其具有稳定的化学和电学性质，被广泛应用于太阳能、光催化和气体传感器等领域。对Cu₂O材料结构传感性能的研究表明，虽然与某些N型金属氧化物半导体相比，其灵敏度相对较低，然而氧化亚铜在对挥发性有机化合物(VOCs)的氧化方面具有优秀的催化活性，这使得对Cu₂O敏感材料的改性变得有意义。本发明利用溶剂热法合成出一种双壳形Cu₂O分等级结构微米球来提高气敏特性，这种分等级结构的确可以提高气体传感器的气敏特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双壳形Cu₂O分等级结构微米球敏感材料的气体传感器及其制备方法。本发明以溶剂热一步合成法制备的双壳形Cu₂O分等级结构微米球作为敏感材料，一方面Cu₂O微米球具有较强的氧化性，且对多种VOC气体都具有较好的催化氧化活性，可以引起更多的氧分子参与反应；而且，以同心圆形式存在的双壳形结构，极大地提高了Cu₂O微米球分等级结构的比表面积，使得吸附氧能力增强，使得Cu₂O材料中载流子空穴浓度增加，从而导致化学吸附氧组分增加，导致敏感材料的电阻变化更加显著。这两方面的共同作用大幅提高了气体与敏感材料的反应效率，进而提高了传感器的灵敏度。本发明所采用的市售的管式结构传感器制作工艺简单，体积小，利于工业上批量生产，因此具有重要的应用价值。

本发明所述的一种基于双壳形Cu₂O分等级结构微米球敏感材料的气体传感器，由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的陶瓷管衬底、涂覆在陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料、置于陶瓷管内的镍镉加热线圈组成；其特征在于：敏感材料为双壳形Cu₂O分等级结构微米球，且由如下步骤制备得到：