[发明专利]一种ZnO纳米线敏感材料制备方法及其应用

说明书

一种ZnO纳米线敏感材料制备方法及其应用，涉及一种敏感材料制备方法及其应用，该方法以原料易得的高纯锌粒为锌源，通过简单的热蒸发技术路线，在硅基板表面生长高质量的ZnO纳米线，整个生产过程操作简单、重复性好、原料易得，产品纯度高、结晶性良好，适合工业化生产，整个生产过程无任何有害添加剂和溶剂的使用。所制得的ZnO纳米线阵列直径约为50‑200 nm，纳米线长度超过10µm。这种ZnO纳米线因具有高长径比、高比表面积以及不易发生团聚的特点，不仅有利于目标气体的吸附与解吸，而且具有良好的表面渗透性，加速了气体的快速传输和扩散，从而获得了良好的对H₂S气体的检测特性。特别适合应用于批量生产高质量ZnO气体传感器。

技术领域

本发明涉及一种敏感材料制备方法及其应用，特别是涉及一种ZnO纳米线敏感材料制备方法及其应用。

背景技术

硫化氢（H₂S）气体是一种易燃、无色、有剧毒的气体。当人体吸入一定量的H₂S气体后，会刺激人的鼻腔、咽喉、麻痹人的嗅觉神经，导致呼吸循环衰竭、肺水肿等症状，严重者会威胁生命安全。同时H₂S也是高度腐蚀性气体，易腐蚀金属并放出大量的热，当散热受到阻碍时，高热会引发爆炸安全事故的发生。很多工作场所将空气中含H₂S的最大允许浓度为10 ppm。因此，对于H₂S气体高效、准确、快速地实时检测，可以安全有效的保障人类健康和安全，具有重要的社会意义。

目前检测H₂S常用的传感器有方法有电化学型、表面声波型以及电阻型气体传感器。其中基于金属氧化物电阻型气体传感器，因具有结构简单、成本低、检测迅速等优点，受到各行业领域的广泛关注。因此，设计开发工作温度低、灵敏度高，选择性突出、响应迅速且稳定的H₂S气体传感器成为产业界的重点研究方向。氧化锌（ZnO）气体传感器具有检测范围广、热稳定性好、灵敏度高等特点，是目前研究较多、应用范围较广的金属氧化物电阻型气体传感器。特别是，随着纳米科技的蓬勃发展，ZnO纳米材料气体传感器的研究正在兴起。在众多ZnO纳米/微米结构中，ZnO纳米线因具有高长径比、高比表面积以及不易发生团聚的特点，成为构建高效气体传感器的理想材料。然而，如何实现ZnO纳米线的可控制备，精确控制实验条件，从而理性的合成特定结构与形貌的产物仍需要进一步研究。到目前为止，ZnO纳米线可以通过物理途径和化学途径制备，如溶剂还原法，热蒸发，化学气相沉积，电化学沉积和水热合成等。但是，如何采用操作简单、成本低、易于规模化工业生产的制备方法仍然有待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZnO纳米线敏感材料制备方法及其应用，本发明采用热蒸发路线实现在硅基板表面生长高质量ZnO纳米线，以ZnO纳米线为基体材料制作H₂S气体传感器，可快速、准确检测空气中的H₂S气体，并具有良好的选择性。在制备过程中此方法操作简单、重复性好、原料易得，产品纯度高、结晶性良好，特别适合批量生产高质量ZnO气体传感器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种ZnO纳米线敏感材料制备方法，所述方法包括以下制备过程：

（1）采用硅基板作为衬底，依次放入丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗后吹干；

（2）称量适量的Zn粉，利用研磨锅充分研磨后置于氧化铝瓷舟中的中心区域；

（3）将清洗后的硅基板放于氧化铝瓷舟上面，在距离Zn源正上方的位置，然后将瓷舟放入管式反应炉高温区域；

（4）通入氮气作为载气，氮气的流量为150 mL/min；10分钟后，以10℃/min的升温速率将炉管温度升至相应的反应温度，并保持这个温度1小时；随后自然冷却到室温；

（5）取出硅基板，即得到ZnO纳米线，将其保存在干燥器中以待进行分析检测。