[发明专利]一种面向呼吸气检测的二氧化碳气敏材料、制备方法及其应用

说明书

本发明属于材料领域，特别是一种面向呼吸气检测的CO₂气敏材料及其制备方法。材料是一种ZnSnO₃纳米颗粒团簇材料。制备方法如下：(1)锡盐、锌盐、氢氧化钠、聚乙烯吡络烷酮以及过氧化氢在溶于去离子水中，室温条件下磁力搅拌得到混合溶液；(2)将混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，密封反应，反应结束后自然冷却至室温，离心、洗涤、干燥，得到前驱体材料；(3)将前驱体材料置于空气中干燥，随后自然冷却至室温，得到ZnSnO₃纳米颗粒团簇材料。本发明通过水热法制备了一种ZnSnO₃纳米颗粒团簇材料；本发明的材料获得了较大的比表面积，降低了ZnSnO₃纳米材料的带隙宽度，改善了电子迁移率，且制备方法简便安全，成本低，实用性高。

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种面向呼吸气检测的二氧化碳气敏材料、制备方法及其应用。

背景技术

在人体呼吸过程中，二氧化碳(CO₂)是人体新陈代谢的主要产物。在正常状态下，人体呼出的CO₂浓度大约为4％～5％，是吸入气体的133倍，水分含量增至原来的15.7倍。慢性阻塞性肺病属于呼吸系统的慢性气道疾病，发病率高，治愈难度大，严重降低患者生活质量，且会给家庭以及社会带来较大负担。在发病时二氧化碳分压可达54.21±10.48mmHg，急促呼吸下容易导致CO₂重新吸入量增加，若新鲜空气得不到及时补充，废气不能及时排出，氧气浓度会迅速下降并且CO₂会在微环境内积累，患者在低氧高CO₂浓度下会引起严重的生理和心理应激反应。本次临床研究中，使用无创呼吸机连续监测的患者呼出的CO₂浓度可提升无创治疗安全系数，改善患者血气状况，减少其不良反应。因此，对3％～5％浓度CO₂的定量分析有助于达到更加理想的治疗效果，提升患者生命质量，有助于患者尽快康复。

金属氧化物半导体(MOS)由于其出色的气敏性能受到广泛关注。微纳结构材料与块状材料相比具有更佳的气体传感性能和吸附特性，其性质主要依赖于尺寸、形状和结构。由于体积小，成本低和功耗低，MOS已被广泛研究并应用于气体传感器。偏锡酸锌(ZnSnO₃)是一种重要的三元n型半导体氧化物，其特殊的晶体结构和三元组成,以及灵敏度高、选择性好和稳定性好等优点，在气体传感器中的合成和应用受到了广泛关注。近年来，ZnSnO₃基气敏材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、模板法、电化学沉积法等，可以制备具有不同形貌的ZnSnO₃微纳结构材料，例如包括纳米线，纳米粒子，纳米棒，分级结构空心微球，多孔立方体，空心立方体，立方纳米笼，纳米骨架和中空纤维等，以用于多种氧化性和还原性气体的检测。

近年来，有人采用ZnSnO₃微纳材料作为气敏材料来检测气体。文献“《AppliedSurface Science》509(2020)pp.145335-145340”公开了一种利用共沉淀方法合成大量三角薄片堆积而成的ZnSnO₃纳米球,并利用此气敏材料进行了气体响应的检测。文献“《Ceramic International》43(2017)pp.1617-1621”公开了一种以聚乙烯吡咯烷酮辅助水热法制得的空心开口的ZnSnO₃多面体气敏材料，所得样品对丙酮具有良好的选择性。而利用ZnSnO₃微纳材料进行CO₂检测的却鲜有报道。因此，关于此类ZnSnO₃微纳材料的制备方法还有待研究发展。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做简化或省略以避免使本部分、说明书摘要以及发明名称的目的不够清晰，然而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述及现有技术中存在的问题，提出了本发明。