[發(fā)明專利]基于PdO@In2O3復(fù)合物納米敏感材料的丙酮氣體傳感器及其制備方法

在審

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• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN108732214A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧革宇;王天雙;孫鵬;劉方猛;劉鳳敏;高原;閆旭;梁喜雙;王晨光;周鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠(yuǎn)

一種基于三維反蛋白石結(jié)構(gòu)PdO@In₂O₃復(fù)合物納米敏感材料的丙酮氣體傳感器及其制備方法，屬于氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域。開發(fā)的傳感器為旁熱式結(jié)構(gòu)，由外表面帶有兩條平行、環(huán)狀且彼此分立的金電極的Al₂O₃陶瓷管襯底、涂覆在陶瓷管外表面和金電極上的三維反蛋白石結(jié)構(gòu)PdO@In₂O₃復(fù)合物納米敏感材料和置于陶瓷管內(nèi)的鎳鎘加熱線圈組成。本發(fā)明開發(fā)了一種對丙酮具有快速響應(yīng)的高性能的氣體傳感器，測試結(jié)果表明，該傳感器對100ppm丙酮的靈敏度高達(dá)52.3，檢測下限可達(dá)到0.5ppm，具有快速響應(yīng)和恢復(fù)速率，具有良好的選擇性和可重復(fù)性。本發(fā)明所述傳感器在丙酮檢測電子器件領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體氧化物氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于三維反蛋白石結(jié)構(gòu)PdO@In₂O₃復(fù)合物納米敏感材料的丙酮氣體傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著生活水平的提高以及醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，人們對于早期疾病診斷越來越重視。其中，以氣體傳感器作為檢測單元的呼氣分析作為一種疾病早期診斷手段，由于其具有非侵入性，實惠，快速和簡便等優(yōu)點，在個人醫(yī)療保健監(jiān)測領(lǐng)域占有主要地位。據(jù)報道，人體呼出氣體中含有的揮發(fā)性有機化合物(VOCs)，如丙酮(CH₃COCH₃)可作為生物標(biāo)志物用于糖尿病的診斷。例如，在糖尿病患者的呼出氣中觀察到高丙酮濃度超過百萬分之1.8(ppm)，而健康人為0.3-0.9ppm。作為氣體傳感器一個重要分支的半導(dǎo)體式氣體傳感器，由于其具有價格低、全固態(tài)、體積小、可集成化等優(yōu)點而逐漸進(jìn)入了人們的視野中。為了通過呼吸分析準(zhǔn)確診斷特定疾病，呼吸分析儀必須對目標(biāo)呼吸生物標(biāo)志物的痕量濃度敏感。低于ppm或甚至低于十億分之一(ppb)，并且在非常潮濕(通常為90％相對濕度，RH)的呼出氣中對這些生物標(biāo)志物具有選擇性。仍需進(jìn)一步提高傳感器的靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性。

在敏感材料研究方面，一維、二維、三維結(jié)構(gòu)的納米材料、特殊形貌的半導(dǎo)體氧化物以及復(fù)合化合物被作為敏感材料廣泛用于提高氣體傳感器的氣敏特性。其中，三維反蛋白石結(jié)構(gòu)由于具有特殊的三維大孔有序陣列結(jié)構(gòu)而受到廣泛的關(guān)注，相比于一維納米線、納米棒，二維納米薄膜等其他結(jié)構(gòu)，其具有較大的比表面積，因而可以提供較多的活性位點，有利于半導(dǎo)體材料與氣體分子充分接觸，以及氣體分子的擴(kuò)散。

基于這種特殊的多孔結(jié)構(gòu)，通過浸漬的方法，進(jìn)行貴金屬擔(dān)載，來制備具有三維反蛋白石結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料，可以進(jìn)一步提高半導(dǎo)體氧化物傳感器的敏感特性，首先，貴金屬納米顆粒具有特殊的催化特性；其次，貴金屬納米顆粒與半導(dǎo)體氧化物敏感材料的復(fù)合和可以形成局部的異質(zhì)結(jié)接觸，這將提高傳感材料的載流子遷移率。

因此，開展具有特殊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體氧化物敏感材料的設(shè)計和制備，以及貴金屬的擔(dān)載和修飾，并將其應(yīng)用于開發(fā)高性能的丙酮氣體傳感器在呼氣檢測領(lǐng)域具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種基于三維反蛋白石結(jié)構(gòu)PdO@In₂O₃復(fù)合物納米敏感材料的丙酮氣體傳感器及其制備方法。