[发明专利]一种n-p结型铁铜基氧化物气敏元件的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种n-p结型铁铜基氧化物气敏元件的制备方法及应用，属于功能材料与金属氧化物半导体气敏元件制备工艺领域。

背景技术

在各类气敏传感器中，仪器检测具有灵敏度高、准确性强等优点，但由于仪器体积庞大、价格昂贵，而且测试准备工作繁琐，不利于现场实时监测，因而其应用受到了限制；电流型传感器既能满足一般检测所要求的灵敏度和准确性，又有体积小、操作简单、携带方便、可用于现场监测及价格低廉等优点。所以，在目前已有的各类检测气体的传感器中，旁热式气敏传感器占有很重要的地位，越来越引起国内外专家学者的普遍关注和成为竞相研发的热点项目之一。

通常氧化物半导体型气敏传感器是利用待测气体分子与气敏传感器的气敏层表面发生化学吸附脱附反应导致气敏传感器电导率变化来检测待测气体分子的存在的。

目前用于气体的报警与监控系统的金属氧化物半导体气敏传感器种类较多，开发的热点主要集中在复合金属氧化物和混合金属氧化物及其改性后的各种气敏传感器。

在文献[1]: Current Applied Physics, 2011, 11: 1368-1373中，Surachet Phadungdhitidhada等人采用碳热还原法制备得到了多种形态SnO₂基混合物的气敏材料，气敏材料对50 ~ 1000 ppm的乙醇在360℃有良好的响应；在文献[2]: Materials Science and Engineering B, 2010, 166: 104–107中，Kaibo Zheng等人采用化学气相沉积法合成Ti掺杂的ZnO纳米粒子，气敏材料对乙醇在260℃有良好的响应，掺杂Ti前后响应恢复时间由10.1 min缩减至3.1 min。

本发明提出了一种n-p结型铁铜基氧化物气敏元件的制备方法。

传感器气敏特性与半导体粉体的粒度和比表面积密切相关。p区载流子包括多子（空穴）和少子（电子），n区载流子包括多子（电子）和少子（空穴）；p区多子（空穴）浓度高于n区，所以p区空穴向n区扩散，p区空穴扩散到n区与n区的电子中和，在p区留下不可移动的负离子，同理n区也留下不可移动的正离子。

n区正离子与p区负离子之间有电势差，叫做势垒。电场的方向是n区指向p区的，阻碍多子的扩散，却有利于少子的运动，少子的运动叫做漂移，漂移与扩散都产生电流。随着扩散的进行，势垒增大，漂移增强，扩散减弱，最后漂移电流与扩散电流相等。达到平衡，流过n-p结的净电流为0，达到平衡。

n-p结具有电容效应。氧化亚铜是一种p型半导体、四氧化三铁是一种n型半导体金属氧化物，可作为检测还原性和氧化性气体的气敏材料，利用本发明可在工业、农业生产以及环境检测等领域的现场监测发挥重要的作用。

发明内容

本发明的目的之一是为了弥补现有技术的不足，提供一种n-p结型铁铜基氧化物气敏元件的制备方法；本发明的目的之二是提供该气敏元件的应用，该气敏元件用于乙醇的检测。

本发明的一种n-p结型铁铜基氧化物气敏元件的制备方法，包括如下步骤：

（1）单分散介孔四氧化三铁纳米材料的制备：将0.8 ~ 1.0 g FeCl₃?6H₂O溶解在18 mL乙二醇溶液中，形成透明的溶液，然后加入2.6 ~2.7 g无水NaAc加9.0 ~9.4 mL乙二胺，混合物充分搅拌32~ 35 min，封装在聚四氟乙烯的反应釜中加热，在200℃下6.0 ~7.0 h后，冷却到室温，黑色的固体用水洗涤数次直至中性，将固体置于50℃的真空干燥箱中干燥8.5 ~9.0 h，即制得单分散介孔四氧化三铁纳米粒子。

所述乙二胺是过量的，过量的乙二胺使四氧化三铁表面含有氨基量为0.1 ~ 0.2 μg/mg；所述单分散介孔四氧化三铁纳米粒子孔径在3 ~12nm。