[發明專利]一種氧化銦基氣體傳感器制作方法、檢測甲醇的方法

在審

• 申請號: 202110560782.4
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113447531A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 程鵬飛;李旭;王瑩麟;劉彥明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學蕪湖研究院;西安電子科技大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于半導體氧化物氣體傳感器技術領域，公開了一種氧化銦基氣體傳感器制備方法、檢測甲醇的方法，所述氧化銦基氣體傳感器檢測甲醇的方法，包括：當傳感器暴露于空氣中，空氣中的氧氣將吸附在材料表面上，氧分子將會捕獲電子，從而傳感器在空氣中呈現出高阻態；當傳感器放置于甲醇氣體中時，甲醇分子將與吸附氧發生反應并釋放電子，從而傳感器呈現出電阻降低的趨勢。本發明使用NaF作為合成模板，進行噴霧熱解反應。該反應過程綠色無污染，合成過程簡單，為使用噴霧熱解法合成金屬半導體氧化物提供了一個新的思路。本發明對于不同濃度的甲醇氣體，傳感器仍然保持極短的響應恢復時間，在實際應用中是非常重要的。

技術領域

本發明屬于半導體氧化物氣體傳感器技術領域，尤其涉及一種氧化銦基氣體傳感器制備方法、檢測甲醇的方法。

背景技術

目前，面對石油能源短缺和環境污染的現狀，新能源汽車應運而生。新能源汽車包括混合動力電動汽車，電池電動汽車和燃料電池汽車。其中燃料電池使用氫或者甲醇為燃料，擺脫了對石油能源的依賴，具有廣闊的市場前景。對于以甲醇為燃料的汽車，對于甲醇的檢測是必不可少的，因為甲醇屬于易燃易爆氣體。同時為了調節甲醇燃料的釋放并合理的控制甲醇的量，對于甲醇的實時監控同樣重要。對于甲醇的檢測，氣體傳感器因為其體積小、重量輕、易于集成且可以實時檢測受到了廣泛的研究和應用。

現有技術中甲醇的氣體傳感器包括石英晶體型傳感器、導電聚合物材料型傳感器、固體電解質型傳感器和金屬半導體氧化物傳感器。其中金屬半導體氧化物因其穩定性較好，響應值高而受到廣泛的關注。J.Tan制備的CuO為主體材料的傳感器，在190℃下對100ppm甲醇的響應達到2.6.黃等人制備了一種金屬氧化物半導體薄膜氣體傳感器對于100ppm的甲醇在200℃下響應值達到3.51，且具備非?？斓捻憫謴蜁r間(1s/1s)。

金屬半導體氧化物，按照載流子的類型通常分為n型半導體和p型半導體。n型半導體對有機易揮發氣體的響應值一般比p型半導體要高。在n型半導體中，In₂O₃作為敏感材料的傳感器可用于檢測多種氣體，如丙酮、乙醇、甲醛、三甲胺等氣體。為了獲得更好的性能，人們進行了大量的敏感材料的表面改性工作，如制備多孔結構和大的比表面積，這樣增加敏感材料表面更多的活性位點。除此之外，可通過與其他材料摻雜以獲得異質結，從而縮短傳感器對于反應氣體的時間。但是現有的氣體傳感器檢測有機氣體的靈敏度不高，半導體金屬氧化物氣體傳感器的工作溫度較高；同時作為典型的n型半導體In₂O₃,面對不同氣體的選擇性較差，特別是區分甲醇、乙醇、丙酮等。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：

(1)現有的氣體傳感器檢測有機氣體的靈敏度不高，半導體金屬氧化物氣體傳感器的工作溫度較高。

(2)作為典型的n型半導體In₂O₃,面對不同氣體的選擇性較差，特別是區分甲醇、乙醇、丙酮等。

解決以上問題及缺陷的難度為：

(1)n型金屬半導體氧化物對于有機易揮發類氣體的工作溫度一般比較高，需要通過一定的改性工作來克服。

(2)通常對于甲醇具備高的靈敏度的同時對于乙醇也同樣展現出高的響應值，很難同時識別出甲醇、乙醇。

(3)敏感材料制備的實驗步驟較為繁瑣，需要有簡單的方法來合成材料，實現大批量的生產。

解決以上問題及缺陷的意義為：研究表明，NaF的存在作為反應過程中的模板，可獲得疏松且多孔的結構。通過測試數據發現，對于100ppm的甲醇氣體響應值可以達到10.51，且響應/恢復時間僅有1s/9s。通常在高濃度的氣體環境中，傳感器的響應值將趨于飽和，但是此次工作中的傳感器對于高濃度的甲醇氣體仍然保持高的響應值。

發明內容