[發明專利]一種基于六方氮化硼納米片的二氧化氮檢測用氣敏元件及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910593661.2
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110255515B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 殷紅;何月;陳芳;孫彥峰;高偉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01B21/064
• 分類號: C01B21/064;G01N27/12;G01N27/414
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 瞿曉晶

本發明提供了一種基于六方氮化硼納米片的二氧化氮檢測用氣敏元件及其制備方法和應用，屬于半導體材料技術領域。本發明以六方氮化硼納米片作為氣敏材料，利用六方氮化硼納米片高導熱率、低熱膨脹系數、低介電常數、高化學穩定性、強高溫抗氧化性和高比表面積的性質，以其制備的二氧化氮檢測用氣敏元件，除具有靈敏度高、選擇性好、重復性佳的優點，還適合在高溫條件下工作。實施例結果表明，本發明提供的氣敏元件用于二氧化氮檢測時，其響應時間為18s，恢復時間為13.5s，最佳工作溫度為425℃。同時，本發明提供的制備方法操作簡單，成本低廉，易于實現工業化生產。

技術領域

本發明涉及半導體材料技術領域，特別涉及一種基于六方氮化硼納米片的二氧化氮檢測用氣敏元件及其制備方法和應用。

背景技術

二氧化氮(NO₂)是一種有毒的空氣污染物，人為產生的二氧化氮主要來自高溫燃燒過程的釋放，比如機動車尾氣、鍋爐廢氣的排放等。二氧化氮所帶來的環境效應多種多樣，二氧化氮不僅是酸雨、光化學煙霧的主要成因之一，還會影響濕地和陸生植物物種之間競爭與組成變化，降低大氣能見度，并且能夠導致地表水的酸化、富營養化(由于水中富含氮、磷等營養物藻類大量繁殖，從而導致水體溶解氧量下降、水質惡化、魚類及其他生物大量死亡的現象)以及增加水體中有害于魚類和其它水生生物的毒素含量。僅10ppm二氧化氮就會損害人體肺部甚至造成病變，因此，制備出高選擇性、高靈敏度的二氧化氮氣敏傳感器對于環境保護和人體健康尤為重要。

目前在對二氧化氮的檢測中，應用最廣泛的是二氧化錫、三氧化鎢、氧化銦等金屬氧化物半導體材料，金屬氧化物氣體傳感器作為“氣—電”信息轉換器件，同其它方法相比，具有快速、簡便等優點，由于研究開發較早，現在已廣泛用于空氣質量檢測、食品、香精、香水的質量評定及生產過程控制等領域。但是金屬氧化物半導體的穩定性較差，受環境影響較大，故對氣體選擇性較差。

目前解決上述問題的方法有：通過對金屬氧化物中進行貴金屬摻雜，從而制備出二元、三元復合金屬氧化物；或者是通過金屬有機化學氣相沉積、分子束外延等方法制備金屬氧化物異質結來，從而提高金屬氧化物氣敏傳感器的性能。但是這些解決方案存在著工藝繁瑣、造價昂貴、無法大規模生產等缺點。決定氣敏傳感器性能的關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。

發明內容

有鑒于此，本發明目的在于提供一種基于六方氮化硼納米片的二氧化氮檢測用氣敏元件及其制備方法和應用。本發明提供的基于六方氮化硼納米片的二氧化氮檢測用氣敏元件成本低、檢測靈敏度高、重復性好、適合在高溫下工作。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種基于六方氮化硼納米片的二氧化氮檢測用氣敏元件，所述氣敏元件表面設置有氣敏材料層，所述氣敏材料層中的氣敏材料為六方氮化硼納米片。

優選的，所述氣敏材料層的厚度為0.1～1mm。

優選的，所述六方氮化硼納米片的直徑為1～10μm，厚度為1～50nm。

本發明提供了上述基于六方氮化硼納米片的二氧化氮檢測用氣敏元件的制備方法，包括以下步驟：

(1)將所述氣敏材料與溶劑混合后研磨，得到糊狀漿料；

(2)將所述糊狀漿料涂覆于氣敏元件的表面并干燥，得到基于六方氮化硼納米片的二氧化氮檢測用氣敏元件。

優選的，所述步驟(1)中的溶劑為無水乙醇或去離子水。

優選的，所述步驟(1)中氣敏材料質量與溶劑體積的比為10mg：0.5～1mL。

優選的，所述步驟(2)中干燥的溫度為50～70℃。