[發明專利]一種三維分層多級TiO2

在審

• 申請號: 202011059409.2
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112345590A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 于靈敏;馬帥;劉楠;李艷尼;李原;李春;曹磊;南寧;范新會
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發明公開了一種三維分層多級TiO₂納米花NH₃敏傳感器及其制備方法，克服現有制備技術中對設備和原材料要求高、工藝復雜且能耗高的問題，解決TiO₂厚膜氣敏材料導致的氣敏傳感器穩定性、一致性差的問題。本發明的技術方案為：一種三維分層多級TiO₂納米花NH₃敏傳感器的制備方法，利用水溶液法在銀叉指電極上原位生長三維分層多級TiO₂納米花薄膜，制備得到一種三維分層多級TiO₂納米花NH₃敏傳感器。本發明使用原位生長的方法，使得TiO₂氣敏材料與基底之間具有強結合力，保證氣敏元件的長期穩定性和一致性，并且為氣體吸附提供了大量的活性位點和吸附和脫附的擴散通道，能大幅度提升TiO₂對NH₃的氣敏特性。

技術領域

本發明屬于氣體傳感器領域，具體涉及一種三維分層多級TiO₂納米花NH₃敏傳感器及其制備方法。

背景技術

NH₃為無色氣體，具有強烈的刺激性氣味。各行各業如化工、汽車、建筑裝潢、醫療衛生、畜牧養畜等都會產生一定的NH₃排放到大氣中，如美容美發業使用的染發劑和燙發劑的揮發，建筑施工中的水泥防凍劑尿素的分解，家具涂飾時所用的添加劑和增白劑的分解與揮發，化肥的生產和制冷系統的應用都會產生NH₃。研究表明，當大氣中的NH₃濃度超過500ppm，人的耐受時間不超過兩個小時。因此，研究低功耗、高選擇性且可在ppb-ppm級快速響應-恢復的NH₃氣體傳感器對NH₃氣體的實時預警、災害事故現場防護均具有重大的研究意義和應用前景。

金屬氧化物TiO₂具有化學性質穩定、安全無毒且成本低等優點。近幾年，關于TiO₂作為傳感元件檢測有毒、有害氣體成為新的研究熱點。大量研究發現，TiO₂的形貌、結構等與氣體傳感器的性能密切相關。當TiO₂的晶粒尺寸小于2倍的德拜長度時，TiO₂的靈敏度會隨著晶粒尺寸的減小而顯著提高。但是，納米顆粒由于高的表面能導致嚴重的團聚現象，使得敏感材料的利用率急劇下降，進而使其氣體靈敏度顯著衰退。與納米顆粒相比，TiO₂分級納米結構的氣體傳感器具有多重優勢：巨大的比表面積為反應提供大量的活性位點，有利于吸附目標氣體并促進化學反應中的電子轉移；分級結構納米材料的高孔隙率，為氣體的吸附-脫附提供了擴散通道，從而可獲得快速的響應-恢復特性。但是在實際應用中，TiO₂分級納米結構的NH₃敏傳感器的制備工藝一般采用厚膜轉移工藝。這種工藝存在以下缺點：制備出粉末狀的TiO₂，再通過制備漿料的方式涂覆在基底上，制備工藝復雜，而且厚膜在高溫燒結后易產生裂紋甚至脫落，導致氣敏元件的一致性、穩定性、可靠性差，壽命較短等問題。因此，原位生長的薄膜型氣體傳感器是將傳感器應用于實際生活和產業中的主要趨勢。

目前，薄膜型氣體傳感器的原位生長法主要有：磁控濺射、CVD法，噴霧熱解法，旋涂法等。但是，這些方法對儀器及原材料的要求比較高，在制備過程復雜，需要對溫度、流速、襯底、載氣等因素嚴格把控，才能保證成品的純度、結構性、物理化學特性等。

發明內容

本發明的目的是要提供一種原位生長三維分層多級TiO₂納米花NH₃敏傳感器及其制備方法，以克服現有制備技術中對設備和原材料要求高、工藝復雜且能耗高的問題。同時，解決TiO₂厚膜氣敏材料帶來的表面皸裂甚至脫落而導致的氣敏傳感器穩定性、一致性差的問題。

為了達到上述目的，本發明提供以下制備方案：