[發(fā)明專(zhuān)利]一種超細(xì)Au粒子修飾的ZnO基乙炔傳感器及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710058428.5
• 申請(qǐng)日: 2017-01-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107064220B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阮圣平;申鄭;張歆東;郭文濱;沈亮;董瑋;溫善鵬;周敬然;劉彩霞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/00
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠(yuǎn)

一種超細(xì)Au粒子修飾的ZnO基乙炔傳感器及制備方法，屬于氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域。由Al₂O₃襯底、Pd叉指電極、涂覆在Al₂O₃襯底和Pd電極上的超細(xì)Au納米粒子修飾的球形多片層ZnO納米材料敏感層組成。Au粒子的粒徑為0.5～3nm，通過(guò)溶劑熱反應(yīng)生成的、由多孔ZnO構(gòu)成的球形多片層材料的粒徑為2～4μm，ZnO片層厚度為20～50nm，超細(xì)Au粒子生長(zhǎng)在ZnO片層之上。本發(fā)明制備方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、響應(yīng)恢復(fù)快、便于大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)，對(duì)乙炔具有優(yōu)良的檢測(cè)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以超細(xì)Au納米粒子修飾的球形多片層結(jié)構(gòu)ZnO納米材料為敏感層的乙炔氣體傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程的快速發(fā)展，在物質(zhì)財(cái)富極大豐富的同時(shí)，生產(chǎn)安全和環(huán)境問(wèn)題也日益凸顯。人們?cè)谌粘Ｉ町?dāng)中越來(lái)越容易接觸到一些危及我們身體健康和生命安全的危險(xiǎn)氣體，例如裝修材料中釋放的有機(jī)易揮發(fā)性有毒氣體甲醛、苯、二甲苯，甲烷和一氧化碳為主要成分的天然氣，煤炭燃燒、汽車(chē)尾氣中的二氧化硫和氮氧化物等。因此，出于對(duì)環(huán)境保護(hù)和人身安全的考慮，研究并開(kāi)發(fā)出一些響應(yīng)度高、檢測(cè)速度快的氣體傳感器就顯得十分必要。

作為一種被廣泛應(yīng)用的燃料和原材料，乙炔在金屬切割焊接、有機(jī)材料合成等領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用。同時(shí)乙炔也是一種易燃易爆氣體，如果乙炔泄漏到空氣中并達(dá)到一定濃度時(shí)，遇明火就會(huì)發(fā)生爆炸，從而威脅人們生命財(cái)產(chǎn)安全。如果在乙炔發(fā)生泄漏的初期(濃度低于爆炸限)就能夠被探測(cè)到并發(fā)出警報(bào)，就可以有效地避免爆炸的發(fā)生，保護(hù)人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，開(kāi)發(fā)響應(yīng)度高、檢測(cè)下限低、響應(yīng)速度快的乙炔氣體傳感器具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

一些金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料在與某些氣體接觸時(shí)，其電學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生顯著變化，然后這些變化經(jīng)由外圍檢測(cè)電路的轉(zhuǎn)換、放大和處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)鷼怏w的檢測(cè)。基于金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料的氣體傳感器具有響應(yīng)度高、響應(yīng)恢復(fù)速度快、檢測(cè)下限低等優(yōu)勢(shì)。

金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料的氣敏性能與材料的形貌、尺寸有很大的關(guān)系，而表面修飾物會(huì)對(duì)材料的表面活性和催化活性產(chǎn)生影響。通常，金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料的尺度越小，越薄，暴露在氣體中的面積越大，材料的氣敏性能就越好。同時(shí)，納米尺度的貴金屬則具有顯著的催化作用，能夠?qū)饷舴磻?yīng)進(jìn)行催化，從而提高的基體材料的氣敏性能。因此，具有相當(dāng)薄厚度的片層結(jié)構(gòu)的金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料與貴金屬納米粒子修飾相結(jié)合，將能夠顯著改善基體材料的氣敏性能、制備高性能的氣體傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種以超細(xì)Au納米粒子(活性位點(diǎn))修飾的球形多片層結(jié)構(gòu)ZnO納米材料為敏感層的乙炔氣體傳感器及其制備方法。該方法簡(jiǎn)單易行、工序少、成本低廉、對(duì)設(shè)備要求低，制備的乙炔氣體傳感器氣敏響應(yīng)快，適于大批量生產(chǎn)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明所述的是一種以超細(xì)Au納米粒子修飾的球形多片層結(jié)構(gòu)ZnO納米材料為敏感層的乙炔氣體傳感器，從下至上依次由Al₂O₃襯底、Pd金屬叉指電極、涂覆在Al₂O₃襯底和Pd金屬叉指電極上的敏感層組成，其特征在于：敏感層的材料為超細(xì)Au納米粒子修飾的球形多片層結(jié)構(gòu)ZnO納米材料，超細(xì)Au納米粒子的粒徑為0.5～3nm，通過(guò)溶劑熱反應(yīng)生成的、由多孔ZnO片層構(gòu)成的球形多片層結(jié)構(gòu)ZnO納米材料的粒徑為2～4μm，多孔ZnO片層的厚度為20～50nm，大量超細(xì)Au納米粒子生長(zhǎng)在多孔ZnO片層之上，Pd金屬插指電極的寬度和間距均為0.15～0.20mm，厚度為100～150nm。

本發(fā)明提供了一種上述乙炔氣體傳感器的制備，其步驟如下：

(1)Pd金屬叉指電極的處理