[发明专利]三维结构纳米氧化铟气敏传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于气敏材料技术领域，具体涉及一种三维结构纳米氧化铟低浓度二氧化氮气敏传感器及其制备方法。

背景技术

现代工业的发展一方面为人类创造出巨大的财富，另一方面却给生态环境带来严重的污染。工业生产中气体原料和废气的种类和数量随着工业的发展而越来越多。这些气体中，NO₂是一种强毒性气体，主要来自汽车和炼油厂燃烧产生的废气，是引起酸雨、光化学烟雾以及腐蚀等环境问题的工业污染物之一；另外，NO₂气体对呼吸道有强烈的刺激作用，严重时造成肺损害甚至肺水肿，所以快速准确地对NO₂监测越来越受到关注。

用于NO₂环境监测的标准方法(GB/T-15435-1995、HJ-479-2009)主要是基于传统的盐酸萘乙二胺分光光度法，但该方法操作繁琐，耗时长，容易造成二次污染，而且运行成本高并需要日常维护，给户外实时检测带来了不便。研究体积小、成本低、能够准确、快捷地监测大气中NO₂的气体传感器具有重要的意义。近年来，结合纳米技术研制成功的金属氧化物传感器，以其较高的灵敏度和选择性，良好的稳定性和恢复性,以及使用寿命长等优点，被广泛应用于有毒气体、可燃可爆气体、工业废气等气体的检测中。

氧化铟(In₂O₃)是一种宽禁带半导体材料，为bixbyite的晶体结构，属于c-type稀土族类具有缺陷的氧化物，晶格常数为在晶格中，阳离子(In³⁺)占据四面体的空隙位置，阴离子(O^2-)则位于面心立方晶格点。In₂O₃作为一种n型半导体金属氧化物具有较小的电阻率和较高的催化活性，可用于气敏材料的制备及元器件的构成。

发明内容

本发明的目的在于提出一种三维结构纳米氧化铟气敏传感器的制备方法，该传感器能对低浓度二氧化氮有良好的响应特性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

三维结构纳米氧化铟气敏传感器的制备方法，是将附有金电极和铂导电丝的陶瓷平面电极依次在丙酮，乙醇和去离子水中超声清洗，烘干备用；将氧化铟纳米粉体与松油醇混合，在研钵中研磨均匀，采用旋涂法将氧化铟浆料涂抹于陶瓷平面电极上制成气敏元件，将所述气敏元件置于烘箱中烘干；然后将所述烘干后的气敏元件置于马弗炉，在一定温度下进行煅烧，制备成具有三维结构的纳米氧化铟气敏元件；将具有三维结构的纳米氧化铟气敏元件的四条铂导电丝焊接在基座上部的四根引线柱上，基座上部加盖有管帽，经老化处理后得到旁热式氧化铟纳米气敏传感器。其具体步骤如下：

(1)将附有金电极和铂导电丝的陶瓷平面电极依次在丙酮，乙醇和去离子水中超声清洗5min，烘干备用；

(2)称取一定量的氧化铟纳米粉体，与松油醇混合，在研钵中研磨30min，使其成为分散均匀的浆料；

(3)采用旋涂法将氧化铟浆料涂抹于陶瓷平面电极上制成气敏元件，将所述气敏元件置于烘箱中烘干；

(4)然后将步骤(3)所得气敏元件置于马弗炉，在500-800℃下煅烧2h，制备成具有三维结构的纳米氧化铟气敏元件；

(5)将所述的气敏元件的铂导电丝焊接在气敏器件的基座上并加盖管帽；

(6)将步骤(5)所得的气敏器件老化处理3-10天后得到旁热式氧化铟纳米气敏传感器。

步骤(1)所述的陶瓷平面电极背面有加热层，用于气敏元件的加热处理；

步骤(2)所述的氧化铟粉体为三维颗粒结构，直径为100-200nm。

步骤(3)中所述的旋涂法转速为5000-8000r/min；

步骤(4)中的控制煅烧升温速率为5-10℃/min；

步骤(6)中所述老化为电老化，两端所加电压为5V；

步骤(1)和步骤(3)所述的烘干是指在温度为80-100℃的烘箱中烘干。