[發(fā)明專利]Co摻雜SnO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110543887.9
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113219011B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設計）人: 孫鵬;陳珂;盧革宇;劉方猛;閆旭;劉鳳敏;粱喜雙;高原
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種Co摻雜SnO₂納米敏感材料的甲醛?丙酮雙模氣體傳感器及其制備方法，屬于氣體傳感器技術領域。由外表面具有金電極的陶瓷管、涂覆在陶瓷管外表面的三維反蛋白石結構Co摻雜SnO₂的納米敏感材料組成。敏感材料是以聚苯乙烯磺酸鈉、碳酸氫鈉和苯乙烯為原料，水為溶劑，過硫酸鉀為引發(fā)劑，水浴制備聚苯乙烯微球；然后，以聚苯乙烯微球自組裝形成的三維蛋白石結構為硬模板，以稀鹽酸、過氧化氫水溶液為溶劑，以水合硝酸鈷和水合氯化錫為原料，超聲霧化沉積，最后在空氣中燒結，除去聚苯乙烯微球模板制備得到。本發(fā)明傳感器在雙模檢測室內VOCs領域有廣闊的應用前景，通過改變工作溫度能夠實現(xiàn)對不同VOC氣體的原位選擇性檢測。

技術領域

本發(fā)明屬于半導體氧化物氣體傳感器技術領域，具體涉及一種基于三維反蛋白石結構Co摻雜SnO₂納米敏感材料的甲醛-丙酮雙模氣體傳感器及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著我國經濟的快速發(fā)展，越來越多的人會選擇使用繁瑣精致的裝修來使居室變得舒適與美觀。但是，伴隨而來的是室內裝修所引發(fā)的室內空氣污染。其中，甲醛和丙酮作為常見的有害物質，對人體的健康危害不容小覷。因此，氣體檢測尤為重要。其中，半導體金屬氧化物氣體傳感器由于其具有價格低、全固態(tài)、體積小、可集成化等優(yōu)點一直是氣體傳感器領域中研究的熱點。雖然半導體氧化物氣體傳感器已經具備了一定的商業(yè)化基礎，但無法滿足人們對氣體檢測的需求，仍需進一步提高傳感器的靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性，以及降低氣體傳感器的工作溫度。

研究表明，氣體傳感器的氣敏特性與敏感材料的微納結構密切相關，敏感材料的比表面積、顆粒尺寸、孔道結構等特征都可以直接影響半導體氣敏材料的敏感性能。目前研究人員已發(fā)現(xiàn)多種微納結構，如核殼結構、中空結構、分等級結構等。三維反蛋白石納米結構即為高維度的分等級結構的一種，該結構的納米材料具有較大的比表面積，有效的氣體擴散通道和良好有序的周期性、優(yōu)秀的抗團聚性等優(yōu)點，使三維反蛋白石納米結構逐漸成為研究熱點。此外，原位摻雜對痕量揮發(fā)性有機化合物(VOC)氣體的選擇性檢測也有明顯的促進作用。由于過渡金屬離子摻雜可以作為催化劑提高氣敏反應活性，以及通過摻雜產生的氧空位會使化學吸附氧明顯增強。原位摻雜還會導致納米顆粒晶粒尺寸的調節(jié)，影響晶粒間接觸，調控費米能級位置、電子耗盡區(qū)寬度和帶隙，從而控制半導體氧化物傳感材料的電導率和化學吸附氧的濃度，最終提高靈敏度和改變選擇性。

雖然通過上述策略可以實現(xiàn)單一高性能傳感器對某一特定VOC氣體的選擇性檢測，但在檢測各種室內VOC氣體時，傳感器數量的增加是不可避免的。為了用最少的傳感器建立空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)，開發(fā)具有可調選擇性的雙模或多模檢測的氣體傳感器是至關重要的。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的是提供一種基于三維反蛋白石結構Co摻雜SnO₂納米敏感材料的甲醛-丙酮雙模氣體傳感器及其制備方法，該方法高效、簡便，并通過改變工作溫度實現(xiàn)對甲醛和丙酮氣體的選擇性檢測。

本發(fā)明首先通過無皂乳液聚合法制備聚苯乙烯微球，即以聚苯乙烯磺酸鈉、碳酸氫鈉和苯乙烯作為出發(fā)原料，水作為溶劑，過硫酸鉀作為引發(fā)劑，水浴制備聚苯乙烯微球；然后，再以聚苯乙烯微球為模板，以稀鹽酸、過氧化氫水溶液的混合液為溶劑，以一定比例的水合硝酸鈷和水合氯化錫為原料，超聲霧化沉積，最后在空氣中燒結，除去聚苯乙烯微球模板，得到三維反蛋白石結構Co摻雜SnO₂的敏感材料。

本發(fā)明所述的基于三維反蛋白石結構Co摻雜SnO₂納米敏感材料的甲醛-丙酮雙模氣體傳感器，其特征在于：采用旁熱式結構，由陶瓷管、環(huán)繞在陶瓷管外表面的兩條平行且分立的金電極、涂覆在陶瓷管外表面和金電極上的三維反蛋白石結構Co摻雜SnO₂的敏感材料組成；其中，三維反蛋白石結構Co摻雜SnO₂納米敏感材料由如下步驟制備得到：