[发明专利]Ta2

说明书

本发明公开了一种Ta₂O₅@MWCNT复合纳米线材料，为非晶态Ta₂O₅和MWCNT复合而成，非晶态Ta₂O₅纳米颗粒包裹在MWCNT外侧形成核壳结构，Ta₂O₅纳米颗粒直径为10～20nm，Ta₂O₅@MWCNT复合纳米线材料直径30～50nm，复合纳米线纵横交错，形成三维网络，具有微纳多孔结构，结构均匀，形貌均一。所述的Ta₂O₅@MWCNT复合纳米线材料可采用溶剂热方法合成，以TaCl₅为钽源，MWCNT为碳源，乙醇为溶剂，并经干燥热处理得到。Ta₂O₅@MWCNT复合纳米线材料具有典型的室温气体传感特性，在室温25℃下50ppm乙醇响应值为4.32，40ppm乙醇浓度下上升时间210s，下降时间760s，灵敏度高、响应速度快、选择性好、长期稳定。

技术领域

本发明涉及室温乙醇气体传感材料的领域，特别涉及一种用于室温乙醇气体传感的氧化钽和碳材料的复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着制造业的迅猛发展，伴随而来的环境污染问题也越发明显，严重的雾霾天气，污染的河流都让人们越来越关注环境问题以及由此引发的人类健康问题。而空气作为生物生存的首要条件，在一系列的环境问题中显得尤为突出。在现代，空气组分已经变成了很重要的一些指标，不仅仅针对一些专业领域与人员，更多的是基于大众视角。长期处于雾霾环境下会对人体的呼吸道造成极大的损害，对于儿童的影响会更为严重。对于防治空气污染，防应该重于治，那么就应该对于可能会造成空气污染物上升的工厂及车辆排放的尾气进行实时的检测监控与减少，这样不仅是保护环境，也有利于对内环境的空气管理。因为人们受被污染空气的影响不仅限于室外大气，现代化的室内装饰，人造板、胶合板、壁纸、各种涂料、化纤地毯等，都会释放出醛、苯、酚类有害气体。室内办公设备及家用电器，也会形成严重的室内污染。而对乙醇的实时传感测定，也能够帮助人们判断身体情况与监控是否存在酒驾的情况。在此背景下，能够对气体进行实时监测，且作为现代打造信息化时代的重要发展基础的气体传感器是能解决气体定量定性测试的重要器件。但目前的气体传感器大部分在使用前都需要加热，事前加热不仅会增大气体传感器的功耗，更会延长使用时间并且在测量一些易燃易爆气体时带来危险。

基于以上情况，本发明专利提出一种金属氧化物与碳材料复合的纳米材料制备气敏传感器，通过在材料界面构建异质结的调控等手段提高传感器的性能，加速气敏在生活、物联、健康中的应用，做到室温下对乙醇气体进行传感、测定。

氧化钽(Ta₂O₅)是一种惰性材料，具有禁带宽度高，折射率高，光吸收低,介电常数大以及对pH敏感的特性。基于这些特性，氧化钽可以作为气体传感器和涂层用料。但因为其是一种宽禁带半导体，因此它在室温下的电阻较大，达到10¹¹Ω/cm²，这不利于我们在室温下通过气体刺激引起电阻变化。通常而言，可以通过构建p-n结，引入缺陷等手段来改善其导电性。本专利通过与多壁碳纳米管复合，在材料的复合界面构建异质结，调节氧空位含量使其拥有更多的活性位点与乙醇气体反应，从而达到大幅提升传感性能的目的(灵敏度、选择性、稳定性、长期有效性、重复性)。

发明内容

本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。