[发明专利]一种花状分级结构ZnO/SnO2纳米复合气敏材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种纳米复合材料，具体的说是一种花状分级结构氧化锌/二氧化锡（ZnO/SnO₂）纳米复合气敏材料及其制备方法。

背景技术

   环境中有毒有害气体的快速准确检测对环境保护具有重要意义。基于金属氧化物半导体气敏材料的气体传感器以其灵敏度高、响应快、制作方法简单、体积小、价格便宜等优点已成为一种重要的气体检测手段。金属氧化物半导体气敏材料是该类气体传感器的核心部件，其气体敏感性能直接影响到气体传感器的性能和应用。因此，设计与制备具有高效气敏性能的新型金属氧化物半导材料对提高气体传感器的性能具有重要意义，已成为半导体气体传感器领域的重点研究方向之一。

氧化锌（ZnO）和二氧化锡（SnO₂）是两种典型的n型宽带隙半导体材料，这两种材料因具有良好的气体敏感性能在气体传感器领域受到广泛关注，也是目前研究较多的两类气敏材料。为进一步改善单一组分的ZnO和SnO₂纳米材料在气体选择性、响应恢复时间、灵敏度等方面存在的不足，将两种材料进行复合从而制备ZnO/SnO₂纳米复合材料是一种行之有效的方法。该方法的优点在于通过综合利用两种材料在气敏性能方面的优势以及两种材料间的协同效应可以有效提高材料的气敏性能。目前关于ZnO/SnO₂纳米复合材料的报道包括：SnO₂/ZnO复合空心微球(CN 103364453 A), ZnO/SnO₂核壳结构纳米线(Sensors and Actuators B 148 (2010) 595-600)，SnO₂纳米颗粒/ZnO纳米棒纳米复合材料(Sensors and Actuators B 162 (2012) 82–88)，纳米纤维-纳米线茎/枝异质结构(Sensors and Actuators B 181 (2012) 787–794)等。而对于由ZnO纳米微粒和SnO₂纳米片组装而成的三维花状ZnO/SnO₂纳米复合材料及其制备的方法目前文献未见报道。

发明内容

本发明目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种氧化锌（ZnO）纳米颗粒和二氧化锡（SnO₂）纳米片组装而成的花状分级结构ZnO/SnO₂纳米复合气敏材料，的制备方法，所制备的ZnO/SnO₂复合气敏材料对乙醇具有良好的敏感特性，在制造新型高效气体传感器方面具有广阔的应用前景。

一种花状分级结构ZnO/SnO₂纳米复合气敏材料，所述复合气敏材料由片状氧化亚锡和氧化锌纳米微粒复合构成，氧化锌所占的质量百分比含量为5-15%，所述片状氧化亚锡组装成花状，氧化锌纳米微粒均匀生长在片状氧化亚锡形成的花瓣上，其中氧化锌纳米微粒的尺寸为10～30纳米。

一种花状分级结构ZnO/SnO₂纳米复合气敏材料，其中氧化锌的质量百分比含量为5-15%；其具体制备步骤为：

步骤一、将氢氧化钠（NaOH）水溶液，在电磁搅拌下的滴加到十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和二水氯化亚锡（SnCl₂·2H₂O）的乙醇溶液中，滴加完毕后继续电磁搅拌10-20 分钟，制备出前驱体溶液，备用；其中所述氢氧化钠、十六烷基三甲基溴化铵和二水氯化亚锡的摩尔比为3:1:1，水和乙醇的体积比为1:7-1:10；

步骤二、将上述步骤一所制备的前驱体溶液装入反应釜中，在130℃下反应12-24小时；然后将反应物取出进行离心，将离心所得沉淀依次经乙醇和去离子水洗涤后，然后进行干燥，获得花状氧化亚锡牺牲模板，备用；

步骤三、按照二水乙酸锌(Zn(CH₃COO)₂·2H₂O)与上述步骤二中获得的氧化亚锡牺牲模板中氧化亚锡的摩尔比为0.1-0.3:1，取二水乙酸锌，溶入到其质量5-10倍的去离子水或乙醇中，得到乙酸锌溶液，备用；

步骤四、将上述步骤二所制备的花状氧化亚锡牺牲模板加入上述步骤三所制备的乙酸锌溶液中，然后经搅拌、超声处理5-20分钟后，采用低温加热蒸发或减压蒸馏法去除溶剂，得到ZnO/SnO₂前驱体，备用；