[發明專利]一種氧化鈷納米薄片氣體傳感器及制備方法

在審

• 申請號: 201910909551.2
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110568026A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 楊志;陳辛未;曾敏;蘇言杰;胡南滔;周志華
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;C01G51/04;B82Y40/00
• 代理公司: 31220 上海旭誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種氧化鈷納米薄片氣體傳感器及制備方法，涉及氣體傳感材料制備技術領域，包括傳感器及其制備方法；所述傳感器為橫向尺寸1～3μm和厚度1～5nm的納米薄片狀結構，包含鈷元素、氧元素和鎘元素，所述鎘元素含量的原子比為1％～9％；將所述鈷離子、所述鎘離子、尿素和乙二醇在溶液中進行混合，通過微波水熱反應得到氫氧化鈷納米薄片前驅體，然后將傳感材料滴加到叉指電極上，通過高溫退火將所述氫氧化鈷納米薄片前驅體轉變為氧化鈷納米薄片，從而制備得到所述傳感器。本發明公開的技術方案與現有技術相比，制備過程中使用的原料來源廣泛，成本低，制備得到的傳感器，室溫條件下響應高，響應速度快，可重復性好。

技術領域

本發明屬于氣體傳感材料制備技術領域，涉及一種氣體傳感器的材料及其制備方法，特別是涉及一種基于鎘摻雜的氧化鈷納米薄片氣體傳感器及制備方法。

背景技術

隨著我國經濟科技的迅速發展、城鎮化工業化的日益推進，人們對生活品質和自身健康的要求也日漸增加。然而目前我國的大氣污染問題依然十分嚴峻，機動車尾氣和工廠的廢氣排放所造成的氮氧化物(NO、NO₂和N₂O₃等)污染呈加劇趨勢。其中，二氧化氮(NO₂)是對人體最有害的氣體之一，大約1ppm(百萬分之一)的低濃度NO₂就可能會刺激人體的鼻子、眼睛和喉嚨。更嚴重的是，長期接觸一定濃度的NO₂會增加呼吸道感染和肺部疾病的幾率。因此，對公共安全和人身安全具有實時快速NO₂檢測功能的高靈敏度氣體傳感器的開發成為了迫切的需求。

在實際應用中，阻敏型半導體氣體傳感器是應用最為廣泛的。經由納米半導體材料的可控制備、形貌調節以及多級結構的自組裝，可以較大程度地克服傳統傳感材料高工作溫度的缺點，并使得納米氣體傳感器具有更為靈敏和可靠的檢測性能以及更低的功耗。基于金屬氧化物半導體(MOS)，如SnO₂、ZnO、α-Fe₂O₃、In₂O₃、CuO、Co₃O₄和NiO等的傳感器，由于生產成本低、穩定性好、應用范圍廣以及易于集成等優點，被廣泛應用于痕量NO₂的測量和監測，并且可以較為輕易地與便攜式設備進行集成組裝使用。

傳統基于金屬氧化物半導體的阻敏型氣體傳感器均工作在高溫環境，雖然對其靈敏性有極大的提高，卻增加了額外的能耗。近年來，隨著納米技術的發展，針對納米材料本身的改性，例如：元素摻雜、半導體復合以及貴金屬修飾等方法，使納米半導體傳感材料的性能得到了大幅提升，室溫氣體傳感器成為可能。但是室溫下，高響應的氣體傳感器又帶來了恢復慢和循環使用性能差等不足。

因此本領域的技術人員致力于開發一種氣體傳感器，能夠具有對氣體的室溫檢測靈敏度高、恢復性好以及選擇性能優異等優點，同時制作工藝簡單，成本可控，不易損壞。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中檢測精度和制作成本、流程復雜程度等不能同時兼顧的情況，提供一種在室溫下對低濃度的二氧化氮氣體有較高響應，且有很快的恢復性能的氣體傳感材料及器件的制備方法，該傳感材料對二氧化氮氣體檢測精度高，工藝流程簡單，制作成本低。

為實現上述目的，本發明提供了一種氧化鈷納米薄片氣體傳感器及制備方法。具體技術方案如下：

本發明公開了一種氧化鈷納米薄片氣體傳感器。

進一步地，所述傳感器為橫向尺寸1～3μm和厚度1～5nm的納米薄片狀結構。

進一步地，所述傳感器中包含鈷元素、氧元素和鎘元素，所述鎘元素含量的原子比為1％～9％。

本發明還公開了一種氧化鈷納米薄片氣體傳感器的制備方法，包括如下步驟：