[發明專利]一種摻雜鈷酸鑭納米棒陣列氣敏傳感器的制備方法

有效

• 申請號: 201410567065.4
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104316570A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 郭新;丁俊超;李華曜
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;C01G51/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于氣敏傳感器制備領域，具體涉及一種摻雜鈷酸鑭納米棒陣列氣敏傳感器的制備方法，本發明可以快速、高質量的制備摻雜鈷酸鑭納米棒陣列氣敏傳感器。

背景技術

鈷酸鑭(LaCoO₃)材料是一種典型的ABO₃型鈣鈦礦復合氧化物，具有介電常數高，損耗低、熱穩定性好以及優良的催化活性等優點。這些優點使其成為一種有廣泛用途的電子功能陶瓷材料，在傳感器、燃料電池電極、氧化脫氫、光催化、三元催化劑等多個領域應用非常廣泛。目前對于鈷酸鑭的研究表明，鈷酸鑭可以在較低的溫度下(小于200攝氏度)對于一氧化碳有較好的催化作用。由于催化的反應原理與氣敏原理相近，因此，鈷酸鑭可以作為優秀的一氧化碳氣敏材料。

目前對于鈷酸鑭一氧化碳氣敏傳感器的研究較少，其制備方法為傳統的陶瓷塊體成型方式或是絲網印刷厚膜方式。這兩種方法優點是工藝簡單、成本較低，但缺點是敏感材料性能有限，無法達到室溫對一氧化碳敏感的要求。

發明內容

本發明所要解決的問題是克服現有技術中鈷酸鑭一氧化碳氣敏傳感器無法在室溫使用的技術瓶頸，提供一種高質量、原位制備摻雜鈷酸鑭納米棒陣列一氧化碳室溫傳感器的方法。

本發明提供的一種摻雜鈷酸鑭納米棒陣列氣敏傳感器的制備方法，該方法先分別制備帶鈷酸鑭納米晶種的基片和帶摻雜鈷酸鑭納米棒陣列的氧化鋁模板；再將二者貼合后進行燒結，使鈷酸鑭納米晶種與鈷酸鑭納米棒燒結在一起，去除氧化鋁模板后得到摻雜鈷酸鑭納米棒陣列氣敏傳感器，其中，鈷酸鑭納米晶種作為銜接層用于保證鈷酸鑭納米棒的結構穩定性和形成一層導電通道。

作為上述技術方案的改進，所述制備涂覆有鈷酸鑭納米晶種的基片的過程為：在濃度為50～100g/L的鈷酸鑭納米顆粒溶液中，加入與鈷酸鑭質量比為8:1～12:1的分散劑，超聲震蕩形成懸濁液；再將其滴在傳感器基板上，勻膠旋涂形成一層鈷酸鑭納米晶種，制得涂覆鈷酸鑭納米晶種的基片；所述鈷酸鑭納米顆粒溶液的溶劑為乙二醇、異丙醇或乙醇，分散劑為十二烷基硫酸鈉、乙基纖維素或甲基戊醇。

作為上述技術方案的另一種改進,制備帶摻雜鈷酸鑭納米棒陣列的氧化鋁模板的過程為：將摩爾Co/La＝(0.8～1.2)：1的鈷鹽和鑭鹽，溶于去離子水，然后加入與Co等摩爾的雙氧水，并加入與鈷摩爾比為0.01～0.4的摻雜元素的氯化物、硝酸鹽、碳酸鹽或醋酸鹽，緩慢攪拌后在60～70℃靜置形成溶膠；

再將氧化鋁模板，緩慢放入到所述溶膠中浸漬30～60分鐘后取出干燥，重復放入取出過程2～6次；之后，將氧化鋁模板在300～500℃煅燒1～3小時，700～900℃煅燒2～4小時，煅燒后的氧化鋁模板隨爐溫降到室溫后取出，得到帶摻雜鈷酸鑭納米棒陣列的氧化鋁模板。

按照本發明方法制備的摻雜鈷酸鑭納米棒陣列氣敏傳感器具有均一的納米棒結構，同時相對于傳統方法能夠較好的保留納米棒的形貌。可以有效的增大與氣氛的接觸面積，提高傳感器的響應度。同時，采用元素摻雜的方式降低氣敏反應的活化能，使得敏感材料在室溫下能夠與一氧化碳進行反應。另外，在納米棒與基板之間有一層鈷酸鑭納米晶種，這層晶種作為銜接層既可以保證納米棒的結構穩定性又形成了一層導電通道，使得氣體分子與敏感材料的反應所導致的電子濃度的變化可以更快的傳輸至外電路，進而提高傳感器的響應恢復速度。本發明采用三管齊下的方式使得該傳感器能夠在室溫下對一氧化碳有較好的響應。

附圖說明

圖1是本發明提供的制備方法的流程圖；

圖2是摻雜鈷酸鑭納米棒陣列氣敏傳感器的示意圖；

圖中，1為納米棒陣列，2為導電層，3為電極，4為基板。

具體實施方式

較低的工作溫度使得鈷酸鑭相比于其他一氧化碳敏感材料有更好的安全性和更小的能耗。將鈷酸鑭的工作溫度降低至室溫可以進一步提高一氧化碳傳感器的安全性和降低能耗。我們通過研究發現，敏感材料的微結構和其中的缺陷對于其性能有著決定性的影響。納米微結構可以顯著的改變材料的比表面積，提高氣體分子與敏感材料的接觸面積，從而提高敏感材料的響應。通過摻雜的方式可以引入不同的缺陷，缺陷的引入可以加速氣敏反應的速度，同時摻雜元素本身也具有一定的敏化功能，可以降低氣敏反應的活化能。

如圖1所示，本發明提供的一種摻雜鈷酸鑭納米棒陣列氣敏傳感器的制備方法，具體包括下述步驟：

(1)傳感器基板制備：