[發明專利]一種Cu摻雜ZnO納米材料的制備方法及其在氣體傳感器中的應用

在審

• 申請號: 202211524072.7
• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN115818696A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 李碩;楊依依;許維國;楊曉松;石會斌
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: C01G9/00
• 分類號: C01G9/00;G01N21/33;C01G9/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發明公開了一種Cu摻雜ZnO納米材料的制備方法及其在氣體傳感器中的應用，屬于納米材料制備的技術領域。采用的方案是：稱取銅鹽溶解于去離子水中，制備Cu溶液；用Cu溶液離心洗滌ZnO納米材料；將洗滌后的沉淀直接放入電熱鼓風干燥箱中進行干燥；將干燥后的粉末直接放入馬弗爐中進行煅燒，最終得到Cu摻雜ZnO納米材料。本發明相較于純ZnO納米材料，Cu摻雜ZnO納米材料具有更高的響應、更高的靈敏度和更低的檢測限，并且其具有更好的可逆性、重復性和長期穩定性。同時該制備方法操作簡單、安全系數高，具有良好的實際應用前景。

技術領域

本發明涉及一種Cu摻雜ZnO納米材料的制備方法，該納米材料檢測目標氣體具有較高的響應度和靈敏度，同時其響應時間和恢復時間較短，具備良好的實際應用前景。

背景技術

氣體傳感器是指用于探測在一定區域范圍內是否存在特定氣體，以及能連續測量氣體成分濃度的儀表。它是一種將某種氣體體積分數轉化成對應電信號的轉換器。氣體傳感器技術可以應用于工業自動化、汽車排放控制系統以及家庭和公共場所氣體泄漏檢測等方面。目前最常用的是金屬氧化物半導體氣體傳感器，由于其能耗低、操作安全系數高、價格便宜等優點在檢測氣體方面具有很大的前景。

氣敏材料在金屬氧化物半導體傳感器的研究與開發中占有重要的地位。目前，應用最多的金屬氧化物半導體材料包括ZnO、SnO₂、WO₃、Fe₂O₃以及TiO₂等n型半導體和NiO、CuO等p型半導體。其中氧化鋅(ZnO)禁帶寬度為3.37eV，具有較高的電子遷移率、大激子結合能等性能，是目前公認的第三代半導體之一。然而，原始的ZnO納米材料具有選擇性差、重復性差、靈敏度低、較高能耗和壽命短等缺點。因此，開發用于室溫下超靈敏、快速檢測目標氣體的先進材料是至關重要的。

發明內容

為克服以上問題，本發明提供一種Cu摻雜ZnO納米材料的制備方法，基于Cu摻雜ZnO納米材料的氣體傳感器具有靈敏度高、選擇性好、穩定性好等優點，并且對于氣體的檢測具有快速的響應和恢復時間。

本發明采用的技術方案為：一種Cu摻雜ZnO納米材料的制備方法，包括如下步驟：

S1：稱取銅鹽溶解于去離子水中，制備Cu溶液；

S2：用Cu溶液離心洗滌ZnO納米材料；

S3：將洗滌后的沉淀直接放入電熱鼓風干燥箱中進行干燥；

S4：將干燥后的粉末直接放入馬弗爐中進行煅燒。

優選的，上述的制備方法，所述銅鹽為Cu(NO₃)₂·3H₂O。

優選的，上述的制備方法，Cu(NO₃)₂·3H₂O與去離子水的質量體積比為0.01-10g:500mL。

優選的，上述的制備方法，步驟S2中，所述離心洗滌次數為一次、三次或五次。

優選的，上述的制備方法，步驟S2中，所述離心洗滌，轉速為10000-12000r/min，時間為5-10min。

優選的，上述的制備方法，所述ZnO納米材料，包括ZnO納米球、ZnO納米線、ZnO納米棒、ZnO納米片、ZnO納米帶和ZnO納米環中的一種或兩種以上的組合。

優選的，上述的制備方法，所述ZnO納米材料的形貌為3D三維中空多孔納米結構，并且由若干微球組成。

優選的，上述的制備方法，步驟S3中，所述電熱鼓風干燥箱的溫度為50-70℃，干燥時間為24h。

優選的，上述的制備方法，步驟S4中，所述煅燒是，400℃下煅燒3h，升溫速率為5-10℃/min。