[發明專利]金屬氧化物/聚苯胺復合電阻型氣敏元件及其制備方法

有效

• 申請號: 201210339980.9
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102854226A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 徐紅燕;陳興橋;曹丙強
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

技術領域

本發明涉及一種金屬氧化物/聚苯胺復合電阻型氣敏元件及其制備方法，屬于氣敏材料制備領域。

背景技術

氣敏傳感器多用來檢測一氧化碳、氫氣、甲烷、城市煤氣、液化石油氣等易燃易爆氣體以及氮氧化物、氨氣、硫化氫等有毒氣體和苯、甲苯等有機可揮發蒸氣。以上這些有毒有害氣體的泄露所引起的爆炸、火災以及安全事故嚴重威脅著人們的生命及財產安全，因此對這些氣體做出快速而準確的檢測和監控是十分必要的。

氣敏材料是氣敏傳感器的核心，因此選擇并優化氣敏材料、開發和應用新功能氣敏材料，一直是傳感器研究的熱點。

考慮到SnO₂等無機半導體材料和導電聚合物聚苯胺（PANI）作為氣敏材料各有優勢，為充分發揮二者的協同作用，并利用納米尺寸效應、大的比表面積，有研究者已報道了嘗試將無機納米材料與導電聚合物聚苯胺復合用于敏感元件。

聚苯胺與無機半導體氣敏材料復合后對特定的目標氣體如氨氣、二氧化氮等具有較高的靈敏度和選擇性，可以在常溫下使用，同時便于修飾，可按功能基團所需進行分子設計和合成，因此該類復合材料逐漸成為氣敏傳感器領域的研究熱點。從目前的研究結果看，與傳統的無機半導體材料相比，人們對其研究還不夠深入，而國內的研究更是剛剛起步，該類氣敏傳感器還存在著響應-恢復時間長、目標氣體不能夠完全脫附，檢測目標氣體單一等缺點，而且人們對其氣敏機理還不是很清楚，不能夠很好地指導此類氣敏材料及元件的開發。因此，加強對聚苯胺與無機半導體材料組裝復合材料的合成及氣敏特性研究具有重要的理論及實際意義。

鑒于金屬氧化物/聚苯胺復合氣敏材料具有巨大的應用潛力，目前開展的應用研究主要有NO₂、CO、NH₃等。目前制備金屬氧化物/聚苯胺復合氣敏材料主要是采用（2005年，Manoj?Kumar?Ram,?O¨?zlem?Yavuz,?Vitawat?Lahsangah,?Matt?Aldissi）機械共混法制備了聚苯胺/二氧化錫復合氣敏材料、聚苯胺/二氧化鈦復合氣敏材料，對CO和NO₂進行檢測。

2007年L.N.?Geng等人（L.N.?Geng,?Y.Q.?Zhao,?X.L.?Huang,?S.R.?Wang,?S.M.?Zhang,?S.H.?Wu,?Sens.?Actua.?B?120(2007)?568-572）利用水熱法制備了PANI/?SnO₂復合粉狀氣敏材料，其厚膜在90℃下對250ppm的乙醇蒸氣的靈敏度為1.36，而對800ppm的丙酮蒸氣的靈敏度為1.455.

氣敏元件的靈敏度為電阻靈敏度，其定義是元件在空氣中的電阻值和在目標氣體中的電阻值之比，即：

S?=Ra/Rg?（對還原性氣體）

S?=Rg/Ra（對氧化性氣體）

式中??Ra——氣敏元件在潔凈空氣中的電阻值（Ω）；

??????Rg——氣敏元件在被測氣體中的電阻值（Ω）。

2009年N.G.?Deshpande,?Y.G.?Gudage,?Ramphal?Sharma,?J.C.?Vyas,?J.B.?Kim,?Y.P.?Lee通過將SnO₂納米顆粒懸浮于聚苯胺溶液中，獲得了SnO₂/PANI復合薄膜氣敏材料在室溫下對300ppm的NH₃的靈敏度為1.5。

通常二氧化錫等金屬氧化物氣敏材料涂覆在三氧化二鋁等基片上，必須經過高溫（600℃以上）燒結，才能提高其與基片的粘接性。但由于聚苯胺在300℃以上極易分解，所以聚苯胺與二氧化錫等金屬氧化物復合后的氣敏材料無法經過高溫燒結，因此經過上述簡單復合并涂覆在基片上的材料，與基片的粘接性很差，氣敏材料極易從基片上脫落，從而限制了此類復合氣敏材料的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氣敏材料與基片之間的粘接性能好、不易脫落的金屬氧化物/聚苯胺復合電阻型氣敏元件及其制備方法。

本發明的技術方案：

????一種金屬氧化物/聚苯胺復合電阻型氣敏元件，通過下述步驟制備而成：

1）采用溶劑熱壓法將具有氣敏性能的納米金屬氧化物制備成金屬氧化物多孔納米固體；