[發(fā)明專利]單根多孔微米管結(jié)構(gòu)的氣敏材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2012-08-17
• 公開（公告）號: CN102815743A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張旺;陳偉信;何昭文;張荻
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;C01G19/02;C01G23/047;C01G49/06;G01N33/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多孔微米管氣敏材料的制備工藝，特別涉及一種單根多孔微米管結(jié)構(gòu)的金屬氧化物氣敏材料及其制備方法、測試技術(shù)和應(yīng)用。

背景技術(shù)

氣體敏感材料（氣敏材料）在空氣污染控制、石油化工生產(chǎn)、礦山安全監(jiān)控以及民用安全檢測方面具有重要的應(yīng)用價值。其中，金屬氧化物是一類重要的半導(dǎo)體材料，其具有較好的氣敏特性，因而作為氣敏材料被廣泛應(yīng)用。氣敏材料除成分調(diào)控外，結(jié)構(gòu)的設(shè)計也是提升氣敏性能的重要手段。近年來，一維微納米管狀結(jié)構(gòu)以其豐富的物理化學(xué)性能，長徑比高、比表面積大等特性，引起了廣泛關(guān)注。此外，規(guī)則多孔的中空管結(jié)構(gòu)可有效促進(jìn)氣體的擴(kuò)散傳輸，增大反應(yīng)面積，從而提高敏感度，并且加快響應(yīng)速率。為進(jìn)一步研究結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，提升氣敏材料氣體探測的性能，單根微納米管結(jié)構(gòu)的氣敏材料也引起了科學(xué)界和工業(yè)界很大興趣。

目前常見的金屬氧化物微米管的制備方法是水熱分解、熱分解氧化、金屬氣相沉積、陽極電化學(xué)沉積、脈沖激光沉積、化學(xué)反應(yīng)模板合成等，但合成具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的多孔微米管氣敏材料仍然是一大難題。而反觀自然界，蝶翅剛毛類作為一種天然的氣體傳感器，其精細(xì)的多孔管結(jié)構(gòu)為我們?nèi)斯ぶ苽錃饷舨牧咸峁┝素S富的靈感來源和優(yōu)異的生物模板。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種單根多孔微米管結(jié)構(gòu)的氣敏材料及其制備工藝、測試技術(shù)和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中很難合成具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的多孔微米管氣敏材料的缺陷。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種單根多孔微米管結(jié)構(gòu)的氣敏材料，所述的氣敏材料化學(xué)成分為金屬氧化物，其結(jié)構(gòu)復(fù)制了蝶翅剛毛多孔管結(jié)構(gòu)，其長度為200～1500微米，直徑為1～5微米，孔徑為100～600納米，且其管壁上分布有規(guī)則排列的孔隙。

依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的單根多孔微米管結(jié)構(gòu)的氣敏材料，所述金屬氧化物為ZnO、SnO₂、TiO₂、Fe₂O₃。

一種單根多孔微米管結(jié)構(gòu)的氣敏材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

（1）選取蝶翅，并選取所述蝶翅上剛毛富集的部分；

（2）對選定的剛毛富集的蝶翅部分進(jìn)行去除無機(jī)鹽和雜質(zhì)的預(yù)處理；

（3）將預(yù)處理后的剛毛富集的蝶翅部分在室溫下浸入前驅(qū)體溶液中，5～30h后取出，并進(jìn)行沖洗、干燥，其中，所述前驅(qū)體溶液為金屬鹽溶液，沖洗可采用去離子水，但不僅限于去離子水；

（4）將剛毛從蝶翅鱗片基體上分離，轉(zhuǎn)移至負(fù)載體上并均勻分散排布，在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，所述負(fù)載體為蓋玻片，但本發(fā)明所述的負(fù)載體不限于此；

（5）將所述負(fù)載體上的剛毛進(jìn)行燒結(jié)，之后冷卻至室溫，即得到單根多孔微米管結(jié)構(gòu)的氣敏材料。該步驟中，冷卻方式可為任何常用冷卻方式，在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，冷卻方式為隨爐冷卻。

依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的單根多孔微米管結(jié)構(gòu)的氣敏材料的制備方法，所述蝶翅選自大紫蛺蝶蝶翅或綠帶翠鳳蝶蝶翅的一種。

依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的單根多孔微米管結(jié)構(gòu)的氣敏材料的制備方法，所述對剛毛富集的蝶翅部分進(jìn)行去除無機(jī)鹽和雜質(zhì)的預(yù)處理方法為：將所述剛毛富集的蝶翅部分浸于稀鹽酸中，溶液中滴加若干滴有助于蝶翅浸潤的有機(jī)試劑，進(jìn)行浸泡清洗，之后取出沖洗并干燥。較佳地，所述有助于蝶翅浸潤的有機(jī)試劑可為乙醇（較優(yōu)為無水乙醇）、表面活性劑或助表面活性劑（如甘油等），浸泡清洗時間為1-8小時，沖洗可采用去離子水，但不僅限于去離子水。此外，預(yù)處理也可使用其它方式，凡是達(dá)到去除無機(jī)鹽和雜質(zhì)目的的方式均在本發(fā)明范圍內(nèi)。