[发明专利]一种丙酮气体传感器及制备方法

说明书

本发明公开了一种丙酮气体传感器，采用水热法合成亚铬酸亚铜纳米颗粒，选用氢氧化钠作为矿化剂，利用涂覆工艺制作亚铬酸亚铜纳米颗粒传感层和蒸镀工艺获得银修饰层，通过控制磁力搅拌时间、水热反应器反应时间、烘箱干燥时间、超声处理时间、空气中老化时间、并借助银颗粒对亚铬酸亚铜传感层的修饰作用和金属银作为优良的导体，提高传感器的电导率及增强亚铬酸亚铜纳米颗粒之间活性界面对气体的吸附反应，从而获得高灵敏的丙酮气体传感器。本发明制备的基于银与亚铬酸亚铜异质结的丙酮气体传感器，制备工艺简单、成本低廉、性能优越，适合商业化生产。

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种基于银与亚铬酸亚铜异质结的丙酮气体传感器及其制备方法。

背景技术

在物联网(IoT)时代，对高灵敏度、高稳定性，但尺寸更小、功耗更低的传感器的需求越来越大。气体传感技术中，尤其是对挥发性有机化合物(VOCs)的检测，已经成为工业和环境领域的关键问题之一，如石化加工、化学废物、汽车尾气等VOCs，它们具有一定的毒性、易燃性和爆炸性。其中，丙酮是一种典型的VOC气体，它的无色透明液体，易溶于水和甲醇、乙醇、乙醚等有机溶剂，且易燃、易挥发、化学性质活泼。丙酮会对中枢神经系统起到麻醉作用，急性中毒时人体会出现乏力、恶心、头痛、头晕等症状，严重时容易引起呕吐、气急、痉挛，甚至昏迷。

目前，用来检测丙酮的方法包括色谱法、电化学法、气敏传感器法等；然而色谱法所需设备体积大、价格高；电化学法服役时间短、检测期间易受干扰；市售气敏传感器的检测元件温度高、精度低，对有机气体选择性差。因此，开发一种灵敏度高、选择性好的丙酮气体传感器对行业的发展至关重要。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出一种基于银与亚铬酸亚铜异质结的丙酮气体传感器，该传感器制备工艺简单、性能优越，适合商业化生产。

一种丙酮气体传感器，包括陶瓷管，所述陶瓷管的表面设有金属-半导体异质结涂层，所述金属-半导体异质结涂层中的金属为贵金属；所述金属-半导体异质结涂层中的半导体为p型ABO₂氧化物。

优选地，所述金属-半导体异质结涂层中的金属为Ag、Au或Pt；所述金属-半导体异质结涂层中的半导体为CuCrO₂、CuScO₂、CuYO₂或CuAlO₂。

优选地，所述金属-半导体异质结涂层中的金属为Ag，所述金属-半导体异质结涂层中半导体为CuCrO₂。

一种丙酮气体传感器的制备方法，方法步骤如下：

S1：将Cu(NO₃)₂·3H₂O和Cr(NO₃)₃·9H₂O以等量的化学计量比溶于去离子水中，在室温下磁力搅拌后，加入NaOH作为矿化剂；

S2：将前驱体在水热反应器中反应，形成CuCrO₂纳米颗粒；

S3：将产物先后在稀盐酸、去离子水和酒精中漂洗数次，然后在烘箱中干燥；

S4：将S3获得的CuCrO₂纳米颗粒分散在酒精中，超声处理后形成浆液；

S5：将该浆液涂覆在陶瓷管上；

S6：将组装好的CuCrO₂传感层在空气中老化；

S7：通过热蒸发器将银涂覆在每个CuCrO₂层的表面。

优选地，所述S1中磁力搅拌时间为0.5～3h。

优选地，所述S2中水热反应器反应时间为8～72h。