[發明專利]一種棒狀ZnO氣敏元件的合成方法

無效

• 申請號: 201310169457.0
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103265064A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 安冬敏;王燦;李釅;王瓊;連曉雪
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種合成棒狀ZnO的方法，特別涉及一種采用低溫水熱法合成棒狀ZnO，并應用于一些易燃物的檢測領域。

背景技術

隨著社會的進步和人們生活水平的提高，講究生活品質正在逐步成為現代人的主流。但是人們在享受舒適生活的同時，常常為影響身體健康的氣體污染而苦惱。在日常生活和工業生產中，我們接觸到的易燃、易爆、有毒氣體的種類也越來越多，如家庭煤氣、CO、硫化氫、礦井瓦斯、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及一些易揮發性的有機物如乙醇、丙酮、苯及苯的同系物等。這些氣體若使用不當，造成外泄，就會污染環境，引起爆炸、火災、中毒等事故，將嚴重危害人們的生命及財產安全。而這些污染性氣體的毒副作用在最初階段常常是隱性的，不易被人察覺。因此，對這些污染性氣體實施實時監控、報警就顯得十分迫切。氣敏傳感器正是適應這種需要的產物。

氣敏材料按照材料的類型來分，可以分為聚合物氣敏材料、無機物氣敏材料、有機-無機復合氣敏材料。其中，金屬氧化物氣體傳感器以其靈敏度高、響應快、結構簡單、價格低廉而倍受關注。近年來，ZnO基氣敏傳感器因其制作簡單、價格便宜和檢測方便而備受研究者的關注。

合成ZnO的方法很多，如共沉淀法、均勻沉淀法、噴霧熱解法、溶膠-凝膠法。Cheng等人利用溶膠凝膠法制備的納米ZnO(10nm)氣敏傳感器對10ppm以下的甲醇、乙醇、丙醇具有非常高的靈敏度；沈茹娟等人通過室溫或低熱條件下的固相反應合成前驅化合物，而后熱分解制得納米ZnO，并對ZnO氣敏材料進行摻雜改性，結果發現通過摻雜氧化鑭、氧化釹對元件的氣敏性能有很好的改善，所制的ZnO氣敏材料對乙醇氣體具有較好的靈敏度和選擇性，而且降低了元件的工作溫度；Heo等人研究了ZnO納米線的制備、性質、測試及在N₂中不同濃度H₂和乙烯的氣敏性能；Gao等人把分析純的Zn粉用離子水或0.1M的NiSO₄攪拌分散后，過濾干燥，在管式爐中920℃加熱1h得到四針狀和多針狀納米ZnO，測試對比了兩者對無水乙醇的敏感性能，發現多針態納米ZnO的氣敏性能優于四針狀納米ZnO；Zeng等人研究了純的ZnO和摻雜TiO₂的ZnO的氣敏性能，結果表明：摻雜TiO₂后，氣敏性能顯著提高，在工作溫度為290℃，甲苯濃度為100ppm時，摻雜的傳感器的靈敏度達17.1，遠高于純的ZnO的靈敏度。以上合成ZnO的方法一方面過程繁瑣，另一方面要經過高溫后續處理或是摻雜其它氧化物后才具有高的氣敏性能。

本發明采用低溫水熱法，制備出棒狀ZnO，并將其用于乙醇、丙酮的檢測，發現其對這兩種氣體具有較高的靈敏度。

發明內容

本發明的目的在于采用低溫水熱的方法，利用簡單的沉淀反應，在溫和條件下合成了棒狀納米ZnO，并將其應用于一些易燃物的檢測。

本發明包括以下兩個步驟：

(1)棒狀ZnO的合成

在室溫攪拌條件下，將濃度為4wt.％～12wt.％的NaOH溶液逐滴滴加至醋酸鋅溶液中，攪拌30min后，轉移至反應釜中，在90～120℃下反應3～12h，經過濾、洗滌和干燥，得到棒狀ZnO產物；

(2)氣敏性能的測試

將棒狀ZnO材料制成氣敏元件后，放置在氣敏儀上，在氣體槽中分別通入5～600ppm的乙醇或丙酮氣體，測試ZnO氣敏元件對于乙醇或丙酮的靈敏度S：S＝R_a/R_g，其中S為靈敏度，R_a為器件在空氣中的電阻，R_g為器件在被測氣體中的電阻。

本發明先進性在于：

采用簡單的沉淀反應，在低溫水熱條件下，合成了棒狀ZnO，使其可廣泛應用于檢測環境中的易燃性氣體。

下面結合實施例對本發明作進一步描述：

實施例一：

(1)棒狀ZnO的合成

在室溫攪拌條件下，將濃度為8wt.％的NaOH溶液逐滴滴加至醋酸鋅溶液中，攪拌30min后，轉移至反應釜中，在120℃下反應12h，經過濾、洗滌和干燥，得到棒狀ZnO產物；

(2)氣敏性能的測試

將棒狀ZnO材料制成氣敏元件后，放置在氣敏儀上，在氣體槽中分別通入200ppm的乙醇氣體，測試ZnO氣敏元件對于乙醇的靈敏度S為9.82。

實施例二：

(1)棒狀ZnO的合成