[发明专利]金属氧化物/聚苯胺复合电阻型气敏元件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属氧化物/聚苯胺复合电阻型气敏元件及其制备方法，属于气敏材料制备领域。

背景技术

气敏传感器多用来检测一氧化碳、氢气、甲烷、城市煤气、液化石油气等易燃易爆气体以及氮氧化物、氨气、硫化氢等有毒气体和苯、甲苯等有机可挥发蒸气。以上这些有毒有害气体的泄露所引起的爆炸、火灾以及安全事故严重威胁着人们的生命及财产安全，因此对这些气体做出快速而准确的检测和监控是十分必要的。

气敏材料是气敏传感器的核心，因此选择并优化气敏材料、开发和应用新功能气敏材料，一直是传感器研究的热点。

考虑到SnO₂等无机半导体材料和导电聚合物聚苯胺（PANI）作为气敏材料各有优势，为充分发挥二者的协同作用，并利用纳米尺寸效应、大的比表面积，有研究者已报道了尝试将无机纳米材料与导电聚合物聚苯胺复合用于敏感元件。

聚苯胺与无机半导体气敏材料复合后对特定的目标气体如氨气、二氧化氮等具有较高的灵敏度和选择性，可以在常温下使用，同时便于修饰，可按功能基团所需进行分子设计和合成，因此该类复合材料逐渐成为气敏传感器领域的研究热点。从目前的研究结果看，与传统的无机半导体材料相比，人们对其研究还不够深入，而国内的研究更是刚刚起步，该类气敏传感器还存在着响应-恢复时间长、目标气体不能够完全脱附，检测目标气体单一等缺点，而且人们对其气敏机理还不是很清楚，不能够很好地指导此类气敏材料及元件的开发。因此，加强对聚苯胺与无机半导体材料组装复合材料的合成及气敏特性研究具有重要的理论及实际意义。

鉴于金属氧化物/聚苯胺复合气敏材料具有巨大的应用潜力，目前开展的应用研究主要有NO₂、CO、NH₃等。目前制备金属氧化物/聚苯胺复合气敏材料主要是采用（2005年，Manoj Kumar Ram, O¨ zlem Yavuz, Vitawat Lahsangah, Matt Aldissi）机械共混法制备了聚苯胺/二氧化锡复合气敏材料、聚苯胺/二氧化钛复合气敏材料，对CO和NO₂进行检测。

2007年L.N. Geng等人（L.N. Geng, Y.Q. Zhao, X.L. Huang, S.R. Wang, S.M. Zhang, S.H. Wu, Sens. Actua. B 120(2007) 568-572）利用水热法制备了PANI/ SnO₂复合粉状气敏材料，其厚膜在90℃下对250ppm的乙醇蒸气的灵敏度为1.36，而对800ppm的丙酮蒸气的灵敏度为1.455.

气敏元件的灵敏度为电阻灵敏度，其定义是元件在空气中的电阻值和在目标气体中的电阻值之比，即：

S =Ra/Rg （对还原性气体）

S =Rg/Ra（对氧化性气体）

式中  Ra——气敏元件在洁净空气中的电阻值（Ω）；

      Rg——气敏元件在被测气体中的电阻值（Ω）。

2009年N.G. Deshpande, Y.G. Gudage, Ramphal Sharma, J.C. Vyas, J.B. Kim, Y.P. Lee通过将SnO₂纳米颗粒悬浮于聚苯胺溶液中，获得了SnO₂/PANI复合薄膜气敏材料在室温下对300ppm的NH₃的灵敏度为1.5。

通常二氧化锡等金属氧化物气敏材料涂覆在三氧化二铝等基片上，必须经过高温（600℃以上）烧结，才能提高其与基片的粘接性。但由于聚苯胺在300℃以上极易分解，所以聚苯胺与二氧化锡等金属氧化物复合后的气敏材料无法经过高温烧结，因此经过上述简单复合并涂覆在基片上的材料，与基片的粘接性很差，气敏材料极易从基片上脱落，从而限制了此类复合气敏材料的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气敏材料与基片之间的粘接性能好、不易脱落的金属氧化物/聚苯胺复合电阻型气敏元件及其制备方法。

本发明的技术方案：

    一种金属氧化物/聚苯胺复合电阻型气敏元件，通过下述步骤制备而成：

1）采用溶剂热压法将具有气敏性能的纳米金属氧化物制备成金属氧化物多孔纳米固体；