[發(fā)明專利]一種基于金屬鉬酸鹽納米復(fù)合材料的氣體傳感器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910070728.4
• 申請(qǐng)日: 2019-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN109781800B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝萬峰;王昱沖;張峰華;袁子童;關(guān)延峰;孟玉;楊沛霖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/22
• 分類號(hào): G01N27/22;G01N27/12;B82Y30/00;B82Y15/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 張世功

本發(fā)明屬于氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于金屬鉬酸鹽納米復(fù)合材料的氣體傳感器及其制備方法；所述傳感器的環(huán)形金電極上涂覆有金屬鉬酸鹽納米復(fù)合材料薄膜，所述金屬鉬酸鹽納米復(fù)合材料具體制備工藝為:先將鉬酸銨、硫脲和氟化銨等按照水熱合成的方法制備MoS₂粉末，同時(shí)將半導(dǎo)體金屬鹽通過水熱合成的方法制備半導(dǎo)體金屬氧化物懸浮液；再將硫化鉬粉末與半導(dǎo)體金屬氧化物懸浮液水熱合成硫化鉬納米復(fù)合材料前驅(qū)體，將制得的硫化鉬納米復(fù)合材料前驅(qū)體氣氛煅燒制得金屬鉬酸鹽納米復(fù)合材料；所述乙醇?xì)怏w傳感器對(duì)乙醇具有高選擇性，靈敏度高、穩(wěn)定性佳，使用壽命長，對(duì)乙醇?xì)怏w的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間短，性能優(yōu)異，對(duì)乙醇?xì)怏w報(bào)警迅速及時(shí)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高氣體響應(yīng)和選擇性的氣體傳感器元件及其制備方法，特別是一種基于金屬鉬酸鹽納米復(fù)合材料的氣體傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

金屬鉬酸鹽是無機(jī)鹽材料中的一個(gè)重要家族，因其特有的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，廣受人們的關(guān)注。金屬鉬酸鹽具有高穩(wěn)定性、優(yōu)異的光學(xué)、電化學(xué)性能等優(yōu)勢(shì)，使得其在各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，鉬酸鹽在光學(xué)領(lǐng)域可用作熒光體、閃爍體等；在環(huán)境領(lǐng)域可用于抑霉、抗菌及海水緩蝕等；在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，可用于鋰離子電池和超級(jí)電容器的制作；在催化領(lǐng)域，可參與電催化、有機(jī)氧化反應(yīng)等過程。近年來，隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，世界各國積極開發(fā)出各種納米級(jí)金屬鉬酸鹽材料。在我國，鉬的儲(chǔ)量居世界第二，金屬鉬主要用于生產(chǎn)各種鋼鐵合金及鉬基粗制品材料。鉬酸銦，具有負(fù)熱膨脹系數(shù)，可以與常規(guī)材料復(fù)合成低熱膨脹或熱膨脹系數(shù)接近零的高溫陶瓷器件，已在航天材料、燃料電池、光學(xué)器件、激光材料等方面獲得應(yīng)用，并且在聲、光、電、磁等方面也有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

半導(dǎo)體金屬氧化物是一種非常重要的材料，廣泛應(yīng)用于氣體傳感、太陽能電池、二次電池、電介質(zhì)、超導(dǎo)等領(lǐng)域。近年來，由于國內(nèi)和工業(yè)上廣泛應(yīng)用于監(jiān)測(cè)刺激性氣體、易燃易爆氣體及有毒氣體，半導(dǎo)體金屬氧化物，例如，氧化鉬、氧化銦、氧化鈦、氧化錫、氧化鎢、氧化鋅和鐵氧化物以及它們的納米級(jí)混合物已經(jīng)引起了人們廣泛的興趣。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在多種半導(dǎo)體金屬氧化物納米材料中，MoO₃、In₂O₃及其復(fù)合材料具有較高的靈敏度和較短的響應(yīng)時(shí)間，在這些方面都優(yōu)于其他傳感材料。以2014年為例，采用研磨輔助液體剝離法獲得的二維氧化鉬薄片，具有超高的H₂氣體傳感性能。此外，相關(guān)文獻(xiàn)中報(bào)道，將通過研磨和超聲工藝獲得的二維MoO₃納米片應(yīng)用于傳感器制作，化學(xué)傳感器的性能有了顯著的提高：響應(yīng)時(shí)間為21秒，恢復(fù)時(shí)間為10秒。In₂O₃/MoO₃納米復(fù)合材料由于In₂O₃的高導(dǎo)電性和MoO₃的低成本而在各個(gè)領(lǐng)域引起了廣泛的科學(xué)興趣。雖然MoO₃、In₂O₃及其復(fù)合材料傳感器已經(jīng)取得了很好的效果，但據(jù)我們所知，對(duì)長期穩(wěn)定氣體傳感性能的研究還很少，特別是在高濕度等惡劣環(huán)境下能夠有效運(yùn)行方面。因此,對(duì)于一個(gè)優(yōu)秀的氣體傳感器來說，實(shí)際應(yīng)用的長期穩(wěn)定性是非常重要的。根據(jù)最近的研究結(jié)果，In₂(MoO₄)₃作為一種優(yōu)秀的功能材料，340℃時(shí)會(huì)發(fā)生相變，由單斜晶系變成正交晶系，其熱膨脹系數(shù)由正變負(fù)，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。由于負(fù)熱膨脹和高導(dǎo)電性，在燃料電池中的電解質(zhì)、激光材料、鋰存儲(chǔ)等領(lǐng)域得到了研究和應(yīng)用。最近，F(xiàn)e₂(MoO₄)₃被確定為H₂S氣體傳感的潛在候選。然而，到目前為止，關(guān)于In₂(MoO₄)₃及其合成乙醇的報(bào)道還很少。基于此，我們致力于尋求一種具有高性能的氣體傳感器——基于MoO₃/In₂O₃的氣體傳感器。