[發明專利]一種高靈敏度的鉍摻雜二氧化錫傳感材料的制備方法

無效

• 申請號: 201110349806.8
• 申請日: 2011-11-08
• 公開（公告）號: CN102507657A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 金勝明;莫俳;劉莉;王旭;蔣靜
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 袁靖

技術領域

本發明屬于氣體傳感材料技術領域，具體涉及一種對乙醇、甲醛具有高靈敏度的納米氧化鉍摻雜二氧化錫傳感材料的制備方法。

背景技術

半導體金屬氧化物具有許多性能，其中一個重要的作用是作為“氣-電”轉換的媒介，通過這一變換實現對氣體的檢測以及生產過程的控制，這一方法的優點是快速、簡便，并且有廣闊的應用前景。但是隨著現在工農業及信息技術的快速發展，人們對各類危險氣體的檢測又有了更高的要求，不僅要有很高的選擇性，還要有高靈敏度、穩定性的要求。空氣質量的檢測，如新裝修房間內甲醛的含量、工業乙醇、天然氣、液化石油氣、一氧化碳和氮氧化合物等有毒和易燃易爆危險品的檢測等等都需要高靈敏度、高選擇性及穩定性的氣敏材料。同時，金屬氧化物氣體傳感器大多都是高溫下才具有氣敏性，限制了它的廣泛使用。

許多文獻報道的鉍摻雜傳感材料制備工藝，其制備工藝復雜繁瑣，靈敏度低，并且可重復性低，響應與恢復時間比較長，如文獻[G.Sarala?Devi，S.V.Manorama，et?al.SnO₂：Bi₂O₃?based?CO?sensor：laser-Raman，temperature?programmed?desorption?and?X-ray?photoelectron?spectroscopic?studies.Sensors?and?Actuators?B，1999，56：98]報道了一種CO鉍摻雜傳感材料的制備方法，該工藝以Bi₂O₃粉體和氫氧化錫共沉淀，在600-1000℃的高溫下處理獲得Bi₂Sn₂O₇相，CO靈敏度為0.7。專利CN200510035188.4“一種二氧化錫基氣敏材料及其制備方法”公開了一種含有Bi摻雜的氣敏材料，在500ppm的酒精濃度下其靈敏度為29.2，采用原料為硝酸鉍，空氣電阻高，在制備過程中有NOx產生。傳感材料的制備工藝中，材料的熱處理溫度和摻雜離子的選擇尤為重要，摻雜材料的粒度分布和形貌對氣敏材料的熱處理溫度影響顯著，摻雜材料粒徑大，熱處理溫度高，過高的熱處理會限制其靈敏度，而過低的熱處理則影響其穩定性；摻雜離子決定了傳感器的靈敏度和選擇性，氧化鉍的摻入對SnO₂酒精傳感器的靈敏度和選擇性有顯著的影響，通過適當控制熱處理制度，才能更好的使得材料的性能得到提升。

發明內容

針對現有用于氣體傳感的SnO₂材料的制備工藝復雜、靈敏度不夠高、穩定性低等問題，本發明的目的是提供一種簡單的納米氧化鉍摻雜二氧化錫氣敏材料制備工藝，該工藝簡單，可操作性強，氣敏材料制作成元器件后重復性好，靈敏度高，響應恢復時間較短。

本發明的目的是通過以下方式實現的：

一種高靈敏度的鉍摻雜二氧化錫傳感材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)取結晶四氯化錫的水溶液，以氨水為沉淀劑，進行攪拌水解，靜置后得到氫氧化錫沉淀；

(2)將上述混合液的上層溶液潷去，然后加去離子水反復漿洗脫除氯離子，過濾干燥得到氫氧化錫粉體；

(3)將干燥的氫氧化錫粉體球磨，然后在馬弗爐中以1-15℃/min的升溫速率，升溫至300-700℃，灼燒時間為1-10小時，冷卻后獲得二氧化錫粉體。

(4)將納米氧化鉍粉體和步驟(3)得到的二氧化錫粉體混合，納米氧化鉍粉體的添加量為混合物重量的0.1-20％，納米氧化鉍粉體的尺寸分布在30nm-200nm，混合粉體研磨，球料比為5∶1-10∶1，球磨時間1-10h，混合均勻后在馬弗爐中熱處理，溫度300-700℃，升溫速度0.5-5℃/min，保溫3-8h，冷卻即可。

步驟(1)中以濃度為2-15％的氨水溶液加入濃度為0.02-0.5mol/L的結晶四氯化錫水溶液中，控制pH值為6-9，室溫至100℃的條件下進行攪拌，水解1-10h，靜置后得到氫氧化錫沉淀。

步驟(3)中，球磨后的氫氧化錫粉體粒度分布為0.5-10μm。

步驟(3)中，將干燥的氫氧化錫粉體球磨，球料質量比1∶1-10∶1，球磨時間1-10h。

步驟(4)中，所述的納米氧化鉍粉體形貌為球形、不規則或纖維。

本發明方法制備的材料通過以下方式制備氣敏元器件：