[发明专利]一种原位自由生长花状纳米WO3

说明书

本发明公开了一种原位自由生长花状纳米WOsubgt;3/subgt;气敏材料及其制备方法和应用，采用原位自由生长的方式，在Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;陶瓷管上原位生长得到单斜晶系的WOsubgt;3/subgt;纳米花；所述WOsubgt;3/subgt;纳米花是由WOsubgt;3/subgt;纳米片组成的多级结构；所述WOsubgt;3/subgt;纳米花直径为0.5μm~1μm；所述纳米片大小为150 nm~250 nm、纳米片厚度为8~20 nm。本发明还提供了一种WOsubgt;3/subgt;气敏材料的制备方法，通过P123为表面活性剂，WClsubgt;6/subgt;为钨源，在乙醇溶液中自组装生成WOsubgt;3/subgt;超薄纳米薄片，再由这些纳米片自组装成WOsubgt;3/subgt;纳米花结构。气敏测试结果表明，该敏感材料对NOsubgt;2/subgt;气体具有灵敏度高、响应恢复速度快、选择性好等优点。

技术领域

本发明涉及半导体气敏元器件技术领域，特别涉及一种原位自由生长花状纳米WO₃气敏材料及其制备方法和应用。

背景技术

氮氧化物是大气中最常见的污染性气体，NO₂是一种红棕色刺激性气体，它可通过呼吸道吸入人体对呼吸系统和肺组织造成损伤，可引发支气管炎、牙齿酸蚀症和肺水肿，严重的还会造成昏厥，严重危害人体健康，并且NO₂也是酸雨的主要来源之一，是城市大气污染的重要组成成分，因此设计出一种用于实时检测空气中NO₂气体的气敏传感器就显得十分迫切。

气敏传感器是一种通过对大气中气体成分进行感知从而将其转换成电信号反馈给人类的元器件，因其便携、制备简单、低成本、高灵敏等特性受到研究者的广泛关注，而WO₃作为一种典型的宽带隙半导体，因其形貌多变、灵敏度高、响应速度快、选择性好等特点被广泛研究用于气敏传感器。传统的气敏元件的制备方法通常采用纳米粉体涂覆的方法，将气敏材料与乙醇或松油醇制成浆料涂覆于气敏元件之上，但人为涂覆材料容易造成涂覆不均匀，厚度无法控制、在配制浆料过程中可能会造成形貌破坏以及颗粒堆叠、材料与陶瓷管结合不紧密等缺点，在长期使用过程中会有元件掉粉、一致性和重复性不好等现象，从而影响气敏性能。因此，亟需开发出一种适用于低浓度检测、选择性好的NO₂气体传感器。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的不足，本发明采用原位自由生长的方式制备出一种花状纳米WO₃气敏材料，通过将陶瓷管在水热反应釜中进行反应，让其在陶瓷管表面自由生长，该方法简单，重复性好。

本发明还提供一种原位自由生长气敏传感器的方法，该气敏传感器用于NO₂检测中具有优异的选择性，响应恢复速率快，稳定性好，成本低，为NO₂的快速检测提供了有效途径。

具体采用如下技术方案：

本发明公开了一种原位自由生长花状纳米WO₃气敏材料，该气敏材料采用原位自由生长的方式，在Al₂O₃陶瓷管上原位生长得到单斜晶系的WO₃纳米花，所述WO₃纳米花是由WO₃纳米片组成的多级结构，所述WO₃纳米花直径为0.5 μm~1 μm；所述纳米片大小为150 nm~250 nm、纳米片厚度为8~20 nm。

本发明公开了一种原位自由生长花状纳米WO₃气敏材料的制备方法，包括以下步骤：

A.称取一定量的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段聚合物（P123）溶于无水乙醇和水的混合溶液中，然后称取一定量的WCl₆溶于上述混合溶液中，充分搅拌至WCl₆完全溶解，形成P123、EtOH、H₂O和WCl₆的混合溶液；