[發(fā)明專利]納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711347703.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN109932399B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程陸玲;楊一行
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: TCL科技集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號(hào): G01N27/12
• 分類號(hào): G01N27/12
• 代理公司: 深圳中一聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44414
• 代理人: 李艷麗

本發(fā)明提供了一種納米復(fù)合材料，包括交聯(lián)結(jié)合的金屬氧化物納米顆粒和碳納米管，所述納米復(fù)合材料具有如下化學(xué)結(jié)構(gòu)單元：M@(NH?R?SiO₃)_nC_m或M@(SH?R?SiO₃)_nC_m，其中，@表示交聯(lián)結(jié)合，M為金屬氧化物納米顆粒，C_m為碳納米管，R為烴基或烴基衍生物，nm。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

氫氣由于其燃燒效率高、產(chǎn)物無污染等優(yōu)點(diǎn)，與太陽能、核能一起被稱為三大新能源。作為一種新能源，氫氣在航空、動(dòng)力等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用；同時(shí)，氫氣作為一種還原性氣體和載氣，在化工、電子、醫(yī)療、金屬冶煉，特別在軍事國(guó)防領(lǐng)域有著極為重要的應(yīng)用價(jià)值。但氫氣分子很小，在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用的過程中易泄漏；同時(shí)，由于氫氣不利于呼吸，無色無味，不能被人鼻所發(fā)覺，且著火點(diǎn)僅為58℃，空氣中含量在4％～75％范圍內(nèi)，遇明火即發(fā)生爆炸，故在氫氣的使用中必須利用氫氣傳感器對(duì)環(huán)境中氫氣的含量進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)其泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)。氫氣傳感器在常溫下對(duì)氫氣非常敏感且具有很好的選擇性，可以作為檢測(cè)環(huán)境中氫氣濃度的傳感器，出于生產(chǎn)生活中對(duì)安全的要求，快速、靈敏的氫氣傳感器是十分必要的，能夠及時(shí)避免爆炸的可能性。

氫氣傳感器主要有兩類：一類是半導(dǎo)體傳感器，另一類是熱電型傳感器。其中半導(dǎo)體傳感器主要是以電阻型半導(dǎo)體傳感器為主，主要以SnO₂、ZnO、WO₃等金屬氧化物為氣敏材料。其工作原理是：當(dāng)吸附氫氣后，氫氣作為施主釋放出電子，與化學(xué)吸附層中的氧離子結(jié)合，結(jié)合后依據(jù)氣敏層中載流子濃度發(fā)生變化以此來檢測(cè)氫氣的變化，該變化值與氫氣體積分?jǐn)?shù)存在一定的函數(shù)關(guān)系。目前的氫氣傳感器，選擇性、安全性、穩(wěn)定性、靈敏度以及輸出信號(hào)弱等問題已經(jīng)得到不同程度的解決，但如何實(shí)現(xiàn)氫氣傳感器的常溫工作，并提高氫氣傳感器的安全性、降低能耗，將是今后研究工作的重點(diǎn)。氫氣傳感器的常溫工作，通常考慮通過以下2種途徑實(shí)現(xiàn)：1)發(fā)展光纖型氫氣傳感器，但必須解決其輸出信號(hào)弱、使用壽命短以及高成本等問題；2)積極開發(fā)新的氫敏材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種納米復(fù)合材料及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有的氫氣傳感器常溫下不能工作或常溫工作性能差，安全性和能耗高的問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種含有上述納米復(fù)合材料的氫氣傳感器件。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種納米復(fù)合材料，包括交聯(lián)結(jié)合的金屬氧化物納米顆粒和碳納米管，所述納米復(fù)合材料具有如下化學(xué)結(jié)構(gòu)單元：M@(NH-R-SiO₃)_nC_m或M@(S-R-SiO₃)_nC_m，其中，M為金屬氧化物納米顆粒，@表示NH-R-SiO₃與金屬氧化物納米顆粒表面的金屬元素交聯(lián)結(jié)合，C_m為碳納米管，R為烴基或烴基衍生物，nm。

相應(yīng)的，一種上述納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

提供金屬氧化物納米顆粒和碳納米管，對(duì)所述碳納米管進(jìn)行表面羥基修飾處理，得到羥基化碳納米管；

將所述羥基化碳納米管硅烷偶聯(lián)劑混合后脫水，制備得到硅烷偶聯(lián)劑修飾的碳納米管，所述硅烷偶聯(lián)劑修飾的碳納米管的具有如下化學(xué)結(jié)構(gòu)單元為(NH₂-R-SiO₃)_nC_m或(SH-R-SiO₃)_nC_m,其中R為烴基或烴基衍生物；