[發明專利]In2O3-WO3氧化物半導體丙酮傳感器、制備方法及其應用

無效

• 申請號: 201410427419.5
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104155349A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 盧革宇;馮昌浩;李鑫;孫彥峰;孫鵬;鄭杰;馬健
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;D01D5/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 張景林;王恩遠

技術領域

本發明屬于氣體傳感器技術領域，具體涉及一種利用靜電紡絲技術制備的In₂O₃-WO₃氧化物半導體丙酮傳感器、制備方法及其在檢測人是否患有糖尿病方面的應用。

背景技術

與傳統的血檢、尿檢相比，呼吸檢測是一種新型的非侵入式醫療檢測手段，它具有即時、便捷和無痛等優點。人體呼吸中存在上百種揮發性有機化合物，通過探測這些揮發性有機化合物的含量可以判斷測試人員是否患有某種疾病，從而為更好的治愈該疾病創造條件。

丙酮是一種人體內脂肪分解的代謝產物，當人在呼氣時丙酮會被排出。健康人呼吸中丙酮含量低于0.9ppm，而由于糖尿病患者體內缺少足夠的胰島素，患者體內的丙酮含量在1.7～3.7ppm之間。因此，對人體呼吸中丙酮進行定量分析有助于糖尿病的檢測和治療。由此可見，對人體呼吸中丙酮的快速、及時、準確的檢測是非常必要也是非常重要的。這就需要借助于靈敏度高、選擇型好、響應恢復快的丙酮傳感器。

目前，國內外對低濃度丙酮氣敏傳感器的研究工作都處于起步程度，針對低濃度丙酮氣體的專門傳感器還沒有形成有效的產業化。限制此類傳感器實用化的一個主要因素就是傳感器的檢測下限較高和靈敏度較低。為了使傳感器能夠具有低檢測下限和高靈敏度，可以使用高性能的敏感材料來實現。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用靜電紡絲技術制備的In₂O₃-WO₃氧化物半導體丙酮傳感器、制備方法及其在檢測人是否患有糖尿病方面的應用。本發明通過對半導體材料進行摻雜，可以降低傳感器的檢測下限，增加傳感器的靈敏度，促進此種傳感器在非侵入式醫療檢測領域的實用化。

本發明所得到的傳感器除了具有高靈敏度、低檢測下限外，并具有良好的選擇性和重復性。該傳感器的檢測下限為0.4ppm，因此可用于人體呼吸中丙酮含量的檢測，進而判斷待測人員是否患有糖尿病。

如圖1所示，本發明所述In₂O₃-WO₃氧化物半導體丙酮傳感器，由市售的外表面自帶有2個環形金電極(5)的Al₂O₃絕緣陶瓷管(1)、涂覆在環形金電極(5)和Al₂O₃絕緣陶瓷管(1)外表面的半導體敏感材料(2)、穿過Al₂O₃絕緣陶瓷管(1)鎳鎘合金加熱線圈(3)組成；每個環形金電極(5)上同時帶有2條鉑線(4)，通過測量鉑線間的電阻可以獲得兩個金環形電極間的電阻，根據靈敏度S的定義公式即S＝R_a/R_g，經過計算可得到傳感器的靈敏度。其特征在于：利用In₂O₃-WO₃氧化物半導體作為敏感材料，一方面摻入In₂O₃改變了WO₃納米線的形貌特征，形成多孔結構；另一方面In₂O₃和WO₃顆粒間會形成大量的異質結，這些異質結的出現會提供更多的反應活性位點，這兩方面都會大幅提高氣體與敏感材料的反應效率，進而提高傳感器的靈敏度。此外，管式結構的傳感器和氧化物半導體的制作工藝簡單，利于工業上批量生產。

本發明所述的In₂O₃-WO₃氧化物半導體丙酮傳感器的具體制作過程為：

(1)首先將0.04～0.24mmol?In(NO₃)₃·4.5H₂O、4mmol?WCl₆、1.25g聚乙烯吡咯烷酮溶解在8～12g二甲基甲酰胺、0.5～2g乙醇和0.1～0.5g醋酸中，攪拌4～8小時形成溶膠；

(2)把上述溶膠裝入到靜電紡絲裝置中，收集板和噴絲口的距離為10～15cm，噴絲口施加電壓為15～20kv，收集板接地，紡絲2～5小時后，在收集板上得到納米電紡絲產物；