[發明專利]鎢酸銅的應用及鎢酸銅氣敏傳感器的制備方法

無效

• 申請號: 201210090963.6
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102645453A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 肖奇;王濤
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;C01G41/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明公開了鎢酸銅的應用及鎢酸銅氣敏傳感器的制備方法；屬于氣敏材料與氣敏傳感器制備技術領域。

技術背景

傳統的金屬氧化物氣敏傳感器最常使用的氣敏材料有SnO₂、ZnO和TiO₂等，但是它們存在著使用溫度高(350-450℃)、耗能高、選擇性不好等缺陷。尤其對于揮發性有機化合物，由于其相似的組成元素及分子結構，因而對不同的揮發性有機化合物缺乏選擇性，這是目前限制金屬氧化物氣敏傳感器廣泛使用的關鍵問題之一(Zeng?Wen，Liu?Tian-mo，Gas-sensing?properties?of?SnO₂-TiO₂-based?sensor?for?volatile?organic?compound?gas?and?its?sensing?mechanism，Physica?B，2010，405，1345-1348)。此外，金屬氧化物氣敏傳感器通常具有長的響應和恢復時間，Chang?Sup?Moon等在2008年已經報道了對已有文獻中的數據進行估計氧化物半導體氣敏傳感器的響應時間大致在60～500s之間(Chang?Sup?Moon，Hae-Ryong?Kim，Graeme?Auchterlonie，John?Drennan，Jong-Heun?Lee，Highly?sensitive?and?fast?responding?CO?sensor?using?SnO₂?nanosheets，Sens.Actuators?B，2008，131，556-564)。由于二元金屬氧化物的氣敏特性不僅取決于材料的組成，還與其結構、物相、形狀和尺寸相關。為了進一步提升氣敏特性，除了對現有的材料進行研究，提升其氣敏性能外，也需要對新材料的進行持續地探索研究(Yi??Zeng，Kan??Zhang，Xingli?Wang，Yongming??Sui，Bo?Zou，Weitao?Zheng，Guangtian?Zou，Rapid?and?selective?H₂S?detection?of?hierarchical?ZnSnO₃?nanocages，Sens.Actuators?B，2011，159，245-250)。乙醇在生物醫藥、化學和食品工業具有很大的需求，因此成為了氣敏傳感器領域最廣泛研究的氣體之一，尤其是在酒質量監控和交通安全方面。乙醇作為一種可燃的有毒氣體，其蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，遇明火、高溫能夠引起燃燒爆炸。為了避免災難的發生，痕量濃度的有毒和爆炸性氣體應立即或在氣體泄漏幾秒內被探測(Jong-Heun?Lee，Gas?sensors?using?hierarchical?and?hollow?oxide?nanostructures：Overview，Sens.Actuators?B，2009，140，319-336)。從安全的角度，這就要求對乙醇的響應時間應控制在幾秒以內。鎢酸銅是一種n型半導體材料，廣泛用做激光的基質材料、閃爍探測器、光導纖維以及光分解水的電極材料(O.Yu.Khyzhun，V.L.Bekenev，Yu.M.Solonin，J.Alloys?Compd.，2009，480，184-189)。鎢酸銅的禁帶寬度據報道為2～2.3eV，小于SnO₂(3.59eV)、ZnO(3.37eV)和TiO₂(3.1eV)，理論上鎢酸銅為本征半導體，在空氣中的阻值低(10^6～7Ω)，可以克服傳統的金屬氧化物氣敏材料(如SnO₂、ZnO和TiO₂)未摻雜時阻值偏高(10^10～12Ω)的缺點，有望更易在低溫處激發。應用鎢酸銅作為氣敏傳感器來檢測乙醇氣體在國內外未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供鎢酸銅作為乙醇氣敏傳感元件的應用以及一種對乙醇具有快速響應恢復特性的鎢酸銅氣敏傳感器的制備方法。

為實現本發明的第一個目的，本發明提供的鎢酸銅的應用，是將粒度為40nm-3μm的鎢酸銅粉末經過常規電老化后作為乙醇氣敏傳感元件。。

為實現本發明的第二個目的，本發明提供的鎢酸銅氣敏傳感器的制備方法，包括下述步驟：

第一步：氣敏電極管的制備