[发明专利]基于准定向三氧化钨纳米带的氮氧化物气体传感器元件的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于氮氧化物气体传感器的，尤其涉及一种基于准定向三氧化钨纳米带的氮氧化物气体传感器元件的制备方法。

背景技术

现代工业发展产生了大量的易燃易爆有毒有害气体，其中氮氧化物(NO_X)是一种可导致酸雨、光化学烟雾等严重环境问题并对人类健康带来巨大威胁的典型大气污染物。研究用于NO_X的准确检测和监控的高性能气敏传感器材料与器件对保护环境和人类健康意义重大。半导体金属氧化物是一类对NO_X具有良好敏感性能的气敏材料，其气敏机理属于表面电阻控制型，对气体的探测是基于氧气与被测气体在半导体晶粒表面吸附和反应对氧化钨半导体表面电阻的调制过程。在过去的数十年中，科技工作者对各种半导体氧化物开展了广泛研究。结果表明，n型氧化钨半导体对NO_X气体具有很高的灵敏度和选择性，是一种极有研究与应用前景的NO_X敏感材料。

随着环保意识的增强，人们对氮氧化物气体传感器的性能提出了更高的要求。研究人员也一直在通过研发新型结构和组成的敏感材料不断改善气敏传感器的敏感性能，如通过贵金属掺杂、形成复合氧化物材料，制备具有高活性表面的纳米结构氧化钨等。特别是近几年来人们开始研究准一维的钨氧化物纳米结构如纳米管、纳米线和纳米棒在氮氧化物气体传感器中应用的可能性。尽管目前的研究仅处于初始阶段，相关报道较少，但从数量不多的这些研究报道中可以发现，由于准一维钨氧化物纳米结构材料具有高的比表面积以及其垂直轴向尺寸与德拜长度相比拟从而可获得更高的气体灵敏度、更好的选择性和更低的工作温度，显示了这类材料在高性能氮氧化物气体传感器中应用的光明前景。然而，对于这类准一维钨氧化物纳米结构基气体传感器，其NO_X敏感性能仍有很大的提升空间，因为该类型传感器的最佳工作温度仍然比较高，通常在200℃左右，高的工作温度带来了高的功耗；而且，该类型传感器对低浓度氮氧化物气体的灵敏度仍旧较低，例如，ReitArtzi-Gerlitz等人(ReitArtzi-Gerlitzet al.sensors and Actuators B 2009，136：257)利用模板辅助沉积了钨氧化物纳米管并考察了其对NO₂气体的灵敏度响应，发现200℃时钨氧化物纳米管对0.2ppm NO₂的灵敏度约为4；ZhifuLiu等人(Zhifu Liu，et al.sensors and Actuators B 2009，140：514)报道钨氧化物纳米棒微球材料在200℃时对1ppmNO₂的灵敏度最大值约为20，而我们课题小组(Yuxiang Qin et al.sensors andActuators B，150：339，2010)对溶剂热合成的钨氧化物纳米线的NO₂气体敏感特性的研究表明，200℃时，钨氧化物纳米线对1ppm NO₂的灵敏度仅为13.4，因此，目前准一维钨氧化物纳米结构的敏感性能与当前对低功耗、高灵敏度、集成化的氮氧化物传感器的高性能需求仍存在很大差距。

发明内容

本发明的目的在于进一步改善钨氧化物纳米线基气体传感器对氮氧化物气体的敏感性能，提供一种利用准定向钨氧化物纳米线束在空气气氛中退火制备准定向三氧化钨纳米带气敏材料的方法，并继而提供一种对氮氧化物气体具有高灵敏度、高选择性的准定向三氧化钨纳米带传感器元件的制备方法。

本发明具有以下步骤：

(1)将六氯化钨溶于50毫升正丙醇或者环己醇中，所述正丙醇或者环己醇的加入量低于初始浓度的加入量，磁力搅拌0.5小时，形成蓝色透明的六氯化钨溶液；

(2)向步骤(1)中的六氯化钨溶液中继续添加正丙醇或者环己醇，调节六氯化钨的摩尔浓度为0.003～0.012M；

(3)将步骤(2)获得的六氯化钨溶液转移至100～500毫升的内衬为聚四氟乙烯的不锈钢水热反应釜中，密封，然后在180～200℃的温度下采用溶剂热法合成准定向的钨氧化物纳米线，溶剂热反应时间为6～10小时，反应釜自然冷却；

(4)将步骤(3)中的溶剂热产物离心分离，经去离子水和无水乙醇反复洗涤后，在70℃的空气气氛下充分干燥，制得准定向的钨氧化物纳米线；

(5)将步骤(4)获得的准定向的钨氧化物纳米线与体积比为1∶2的无水乙醇与松油醇混合，超声混合2小时，制得敏感材料浆料；