[發(fā)明專利]一種對甲醛進(jìn)行檢測的橄欖石結(jié)構(gòu)氣敏材料及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110617057.6 | 申請日： | 2021-06-03 |
| 公開（公告）號： | CN113358710B | 公開（公告）日： | 2022-06-28 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 李國棟;李佳玉;鄒曉新 | 申請（專利權(quán)）人： | 吉林大學(xué) |
| 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(zé)任公司 22201 | 代理人： | 劉世純;王恩遠(yuǎn) |
| 地址： | 130012 吉林省長春市*** | 國省代碼： | 吉林;22 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 甲醛 進(jìn)行 檢測 橄欖石 結(jié)構(gòu) 材料 及其 制備 方法 | ||
一種對甲醛具有高靈敏度和優(yōu)異選擇性的橄欖石結(jié)構(gòu)氣敏材料及其制備方法，屬于氣敏材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是以鍺源、硅源、鎘源以及表面活性劑為原料，采用水熱合成方法制備出橄欖石結(jié)構(gòu)的氣敏材料，包括鍺酸鎘、硅鍺酸鎘、硅酸鎘及其復(fù)合物。測試結(jié)果表明：該材料由納米片所構(gòu)成，片層的厚度約為20nm，直徑約為200nm。在較低的工作溫度下(140℃)，該材料對甲醛表現(xiàn)出很高的靈敏度，并且具有極低的檢測下限和快速響應(yīng)恢復(fù)能力，對其他揮發(fā)性有機(jī)物(如：丙酮，苯，甲苯，二甲苯，硝基苯等)的響應(yīng)很小。本發(fā)明制備方法為水熱合成法，該方法所需設(shè)備簡單，生產(chǎn)條件溫和，工藝簡單，目標(biāo)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于批量生產(chǎn)及應(yīng)用。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于氣敏材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對甲醛具有高靈敏度和優(yōu)異選擇性的橄欖石結(jié)構(gòu)氣敏材料及其制備方法。
背景技術(shù)
氣體傳感器是用來檢測氣體濃度和成分的裝置，它在環(huán)境保護(hù)和安全監(jiān)控方面發(fā)揮著極為重要的作用。氣體傳感器種類繁多，其中應(yīng)用最廣的是半導(dǎo)體氣體傳感器。這是由于半導(dǎo)體氣體傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、使用壽命長和成本低等優(yōu)點。
甲醛是主要的室內(nèi)氣態(tài)污染物之一，對于人體危害極大。輕度室內(nèi)甲醛濃度超標(biāo)會增強(qiáng)人們的不適感；重度室內(nèi)甲醛濃度超標(biāo)會大幅增加人體患癌的概率。同時，由于人體缺少對于甲醛快速代謝的能力，甲醛會在人體內(nèi)長期積聚，對人體造成持續(xù)性傷害。根據(jù)我國《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》(GB50325-2010)的規(guī)定，民用建筑室內(nèi)甲醛濃度應(yīng)低于0.08mg/m3(約60ppb)。
目前，多種納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體氧化物(如In2O3，SnO2，ZnO等)已經(jīng)應(yīng)用于甲醛等揮發(fā)性有機(jī)物的檢測。但是，這些材料都普遍存在或多或少的問題，不能完全滿足靈敏度、選擇性、長期穩(wěn)定性、快速的響應(yīng)-恢復(fù)等室內(nèi)空氣檢測的指標(biāo)要求。針對以上問題，開發(fā)新的甲醛敏感材料意義重大。
在本發(fā)明中，我們開發(fā)了一種橄欖石結(jié)構(gòu)的新型氣敏材料。該材料在靈敏度、檢測限等關(guān)鍵指標(biāo)方面均達(dá)到了實用標(biāo)準(zhǔn)，具有實際應(yīng)用的潛力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種對甲醛具有高靈敏度和優(yōu)異選擇性的新型氣敏材料-橄欖石結(jié)構(gòu)氣敏材料及其制備方法。掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)表明：該材料由納米片所構(gòu)成，片層的厚度約為20nm，直徑約為200nm。在較低的工作溫度下(140℃)，該材料對甲醛表現(xiàn)出很高的靈敏度、并且具有極低的檢測下限和快速響應(yīng)恢復(fù)能力。材料制備方法為水熱合成法，該方法所需設(shè)備簡單，生產(chǎn)條件溫和，且目標(biāo)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于批量生產(chǎn)及應(yīng)用。
本發(fā)明所述的一種對甲醛具有高靈敏度和優(yōu)異選擇性的橄欖石結(jié)構(gòu)氣敏材料的制備方法，以鍺酸鎘為例，其步驟如下：
(1)將堿加入到去離子水中，配置濃度為0.01～2mol/L的堿溶液；
(2)稱取鍺源，加入步驟(1)的堿溶液中攪拌溶液，鍺源的濃度為0.01～1mol/L；
(3)稱取鎘源、硅源或鎘源和硅源，加入去離子水中，配置鎘、硅或鎘和硅之和濃度為0.01～3mol/L的溶液；
(4)將步驟(2)和步驟(3)的溶液混合，加入表面活性劑后攪拌10～30分鐘；將攪拌后的混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在180～220℃下水熱反應(yīng)10～48小時；鍺源、鎘源、表面活性劑間的摩爾用量比例范圍為1：(1～4)：(0.02～0.4)；
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