[发明专利]一种三维SnO2

说明书

本发明公开了一种三维SnO₂/Co₃O₄核壳纳米复合材料及其制备的抗湿度丙酮气敏元件。该气敏材料以SnO₂纳米纤维为骨架，通过简单共沉淀方法在其表面生长均匀的Co‑ZIF纳米片阵列，然后经过热处理获得三维SnO₂/Co₃O₄核壳纳米复合材料；将所得三维SnO₂/Co₃O₄核壳纳米复合材料与乙醇混合搅拌成糊状，均匀涂敷在陶瓷管或者平板电极表面，按照直热式半导体气敏元件进行焊接、老化、封装，制备出丙酮气敏元件。该气敏元件在丙酮气体检测方面具有抗湿度干扰能力强、灵敏度高、对干扰气体选择性好、稳定性好等特点，可用于环境和呼出气体中丙酮气体的检测。

技术领域

本发明属于半导体纳米材料技术领域，涉及新型丙酮气体检测材料以及气敏元件，具体涉及三维SnO₂/Co₃O₄核壳纳米复合材料及其制备的抗湿度丙酮气敏元件。

背景技术

丙酮是一种无色透明的室温液体，是一种重要的有机合成材料和良好的溶剂，广泛应用于工业和实验室过程。但长期接触本品后，头晕、烧灼感、咽炎、支气管炎、疲劳、易怒等。长期反复皮肤接触可引起皮炎。同时，丙酮是人体脂肪代谢的副产物，容易通过血液进入肺部。在医学领域，丙酮是一种特殊的化合物，是检测糖尿病的生物标志物。根据临床试验，I型糖尿病患者呼出的丙酮浓度大于1.8ppm，而健康人呼出的丙酮浓度小于0.9ppm。然而，在过去由于没有专门用于呼出气检测的平台，绝大多数VOCs研究都是基于气相色谱-质谱联用(GC-MS)实验室通用平台进行，这种检测过程需要对样本进行吸附富集、热解析脱吸附、色谱分离和质谱定性定量检测等处理，不仅成本高，且单次样本检测时间长达2-7小时、操作过程要求专业性强，使得其只能应用于科学研究，而无法在临床场景中产品化大规模推广。

基于金属氧化物半导体(MOS)传感材料的气体传感器因其方便、快速而被用于有毒气体的检测。其中SnO₂、ZnO、WO₃等常用作MOS气体传感器的材料。目前，丙酮气敏传感器得到一定发展，然而市场上丙酮气体传感器依旧存在许多不足，如气敏传感器对丙酮气体的灵敏度不够高、检测下限不够低、选择性比较差、工作温度过高以及稳定性较差，抗湿度性能较差等。尤其需要关注的是，这些材料在高湿度环境下对气体的响应值将大大降低，这限制了其在湿度环境中检测尤其是呼吸气体检测中的应用。因此，本发明开发一种成本低，灵敏度高，抗湿度性优异的丙酮气体传感器，有助于解决相关实际使用问题。

发明内容

本发明针对现有的丙酮气敏传感器对丙酮气体的灵敏度不够高、检测下限不够低、选择性比较差、工作温度过高以及抗湿度较差的缺陷，提出一种用于丙酮气体检测的三维SnO₂/Co₃O₄核壳纳米复合材料。

本发明提出一种三维SnO₂/Co₃O₄核壳纳米复合材料，由SnO₂纳米纤维为骨架和其表面组装生长的均匀Co₃O₄纳米片阵列组成。

进一步的，所述Co₃O₄纳米片阵列的高度有序，其纳米片大小为100～200nm，片层厚度为20～40nm；所述SnO₂纳米纤维的直径为80～200nm；核壳复合材料外径为400～600nm。

本发明还提出一种三维SnO₂/Co₃O₄核壳纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：