[發(fā)明專利]一種基于六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料的氣敏元件及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910593656.1
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110255514B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 殷紅;何月;陳芳;孫彥峰;高偉
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: C01B21/064
• 分類號: C01B21/064;C01G49/06;G01N27/12;G01N27/414
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 薛紅凡

本發(fā)明提供了一種基于六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料的氣敏元件及其制備方法和應(yīng)用，屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料作為氣敏材料，利用六方氮化硼納米片高導(dǎo)熱率、低熱膨脹系數(shù)、低介電常數(shù)、高化學(xué)穩(wěn)定性和高比表面積的性質(zhì)，結(jié)合氧化鐵納米顆粒對正丁醇?xì)怏w的高靈敏度，可以提高氣敏元件的氣敏性能。實施例結(jié)果表明，本發(fā)明提供的基于六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料的氣敏元件用于正丁醇?xì)怏w檢測時，響應(yīng)時間為12.6s，恢復(fù)時間為27s，最佳工作溫度為375℃。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料的氣敏元件及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

正丁醇是揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的一種，主要用于制造鄰苯二甲酸、脂肪族二元酸及磷酸的正丁酯類增塑劑，還可作為油脂、藥物(如抗生素、激素和維生素)和香料的萃取劑，醇酸樹脂涂料的添加劑等，又可用作有機染料和印刷油墨的溶劑，脫蠟劑。人體長時間暴露于正丁醇的環(huán)境下可能會引起頭痛、頭暈、嗜睡、皮炎、眼睛和呼吸系統(tǒng)不適等癥狀，所以高效快速檢測正丁醇?xì)怏w對人體健康具有重要意義。

金屬氧化物氣體傳感器作為“氣—電”信息轉(zhuǎn)換器件，同其它方法相比，具有快速、簡便等優(yōu)點。目前在對正丁醇?xì)怏w的檢測中，應(yīng)用最廣泛的是氧化鐵材料。氧化鐵材料常被用來檢測醇類氣體、液化石油氣、丙酮氣體，但其穩(wěn)定性較差，受環(huán)境影響較大，對氣體選擇性較差。

目前解決上述問題的方法有：通過對氧化鐵進行貴金屬摻雜，從而制備出二元、三元復(fù)合金屬氧化物；或者是通過細(xì)化晶粒，對材料表面進行修飾，可有效改善材料的氣敏特性和導(dǎo)電性能。但是這些解決方案存在著工藝繁瑣、造價昂貴、無法大規(guī)模生產(chǎn)等缺點。決定氣敏傳感器性能的關(guān)鍵在于傳感器中的氣敏元件所用的氣敏材料，因此對目前檢測所用的氣敏材料進行改良，是提高氣敏傳感器性能的有效手段。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種基于六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料的氣敏元件及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的基于六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料的氣敏元件成本低，用于正丁醇?xì)怏w檢測時靈敏度高。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種基于六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料的氣敏元件，包括氣敏元件基體和設(shè)置在所述氣敏元件基體表面的氣敏材料層，所述氣敏材料層中的氣敏材料為六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料。

優(yōu)選的，所述氣敏材料層的厚度為0.1～1mm。

優(yōu)選的，所述六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料中六方氮化硼納米片與氧化鐵納米顆粒的質(zhì)量比為10:0.1～5。

優(yōu)選的，所述六方氮化硼納米片的直徑為1～10μm，厚度為1～50nm。

優(yōu)選的，所述氧化鐵納米顆粒的粒徑為10～30nm。

本發(fā)明提供了上述基于六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料的氣敏元件的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鐵源與聚苯乙烯-聚乙烯基吡啶的甲苯溶液混合，得到負(fù)載鐵源的反膠束溶液；

(2)將六方氮化硼納米片粉末與所述負(fù)載鐵源的反膠束溶液混合，得到混合反膠束溶液；

(3)將所述混合反膠束溶液依次進行過濾和退火，得到六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料；

(4)將所述六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料與溶劑混合后研磨，得到漿料；

(5)將所述漿料涂覆于氣敏元件基體表面后干燥，得到基于六方氮化硼納米片/氧化鐵納米顆粒復(fù)合材料的氣敏元件。