[發明專利]一種基于Co?Sn復合氧化物半導體敏感材料的乙醇傳感器

有效

• 申請號: 201510599580.5
• 申請日: 2015-09-20
• 公開（公告）號: CN105181762B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 王慶吉;韓思雨;綦振偉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 郭耀輝

技術領域

1、本發明屬于氣體傳感器技術領域，具體涉及一種利用一步水熱方法制備的 Co-Sn復合氧化物半導體乙醇傳感器、制備方法。

背景技術

從使用方式上來區分，乙醇傳感器分為一次性乙醇傳感器和多次重復使用的傳感器。研究的熱點更多傾向于傳感器微型化、快速化、準確化和精確化發展，各種新型材料和新式技術層出不窮，也被廣泛應用于乙醇傳感器。

乙醇是一種重要的工業原料，廣泛應用于化工、食品工業、日用化工和醫療衛生等領域，同時又在石油替代方面具有發展前景。乙醇工業在為國民經濟做出突出貢獻的同時又是一個污染嚴重的行業。在常溫下易揮發從而進入大氣中，可用于消毒，并作為優良的有機溶劑可溶解多種有機物和無機物。目前含乙醇的飲料和食品越來越多，在我國尤其以酒類居多。酒后駕駛的違法事故日趨增加，對交通執法的力度和水平提出了新的要求。因此快速準確檢測乙醇的濃度具有非常重要的現實意義和實用價值。

目前，國內外對低濃度乙醇氣敏傳感器的研究工作都處于起步程度，針對低濃度乙醇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基于Co-Sn復合氧化物半導體的乙醇傳感器、制備方法。本發明通過對半導體材料進行一步復合，可以降低傳感器的檢測下限，增加傳感器的靈敏度，促進此種傳感器對乙醇濃度檢測的實用化。

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1ppm，因此可用于醉酒駕車和大氣環境中乙醇含量的檢測，進而判斷司機駕駛和大氣環境中的安全。

如圖1所示，本發明所述Co-Sn復合氧化物半導體乙醇傳感器，由外表面帶有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外表面的敏感材料2、穿過Al₂O₃絕緣陶瓷管1內部的鎳鎘合金加熱線圈3 和用于測量的Pt線4組成，其特征在于：外表面的敏感材料2為Co-Sn復合氧化物半導體敏感材料。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：外表面的敏感材料2為Co-Sn復合氧化物半導體敏感材料。一方面鈷氧化物的復合改變了錫氧化物納米片花的催化能力，會提供更多的反應活性位點，進而提高傳感器的靈敏度。另一方面Co-Sn復合氧化物顆粒以及顆粒間會形成大量的異質結，這些異質結極大的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Co-Sn復合氧化物半導體乙醇傳感器的具體制作過程為：

(1)首先將5.88g Na₃C₆H₅O₇·2H₂O、0.9g SnCl₂·2H₂O、0.95g CoCl₂·6H₂O、5mL乙二胺、0.4M NaOH溶液10mL在攪拌的情況下溶于20mL 水，攪拌30分鐘形成勻質溶液；

(2)將(1)混合溶液放入45mL聚四氟乙烯釜中密封，放入180℃烘箱中 12小時，結束后自然降溫到室溫，將樣品收集用乙醇和去離子水離心后放到培養皿中80℃保持幾個小時，收集樣品，在300℃下煅燒2小時，得到Co-Sn復合氧化物半導體敏感材料；

(3)將Co-Sn復合氧化物半導體敏感材料與去離子水混合成糊狀，然后均勻涂覆在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表面，形成 10～40微米的敏感材料2，陶瓷管的長為4～4.5mm，外徑為1.2～1.5mm,內徑為 0.8～1.0mm，并使敏感材料完全覆蓋環形金電極5；