[发明专利]一种基于电极表面原位生长NiO纳米薄膜的NO2传感器

说明书

发明涉及一种基于电极表面原位生长NiO纳米薄膜的NO₂传感器及其制备方法，属于一维金属氧化物半导体材料的气体传感器技术领域。一种基于电极表面原位生长NiO纳米薄膜的NO₂传感器，所述传感器由电极元件及均匀原位生长在电极元件表面的NiO薄膜组成，其中，所述NiO薄膜由NiO晶体颗粒构成，所述NiO晶体颗粒为面心立方相晶体结构，直径为20～30nm。该气体传感器在工作温度为150℃时获得对NO₂的最大灵敏度，响应和恢复时间短，选择性高，长期稳定性好，有效解决了传统金属氧化物半导体式气体传感器制备工艺流程复杂、选择性与长期稳定性较差等不足，是具有良好发展前景的NO₂气体传感器。

技术领域

本发明涉及一种基于电极表面原位生长NiO纳米薄膜的NO₂传感器及其制备方法，属于一维金属氧化物半导体材料的气体传感器技术领域。

背景技术

随着社会的发展和科学技术的进步，人们的生活质量发生了革命性的变化，但与此同时带来的各种负面问题也不断凸显。近年来，雾霾、温室效应、酸雨等威胁人们身体健康的现象不断加剧，煤气泄漏、瓦斯爆炸、气体中毒等威胁人们生命安全的事故频频发生，使得人们对于污染、危险、有害气体的检测与报警的需求不断提升，从而对高性能气体传感器的研制提出了更加迫切与苛刻的要求。

目前气体传感器的种类很多，根据气敏材料与作用效应可分为半导体式气体传感器、电化学式气体传感器、固体电解质式气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光学式气体传感器，高分子式气体传感器等。其中，金属氧化物半导体式气体传感器由于具有响应速度快、灵敏度高、检测气体浓度下限低、全固态、体积小等优点，是目前应用最为广泛的一类气体传感器。气体传感器的工作环境复杂，通常含有多种有毒有害气体，对于金属氧化物半导体气体传感器而言，其气体选择性较差一直是制约其进一步发展的重要因素。

NiO是一种p型宽禁带金属氧化物半导体材料，其禁带宽度在3.6～4.0eV左右。NiO材料具有非常优异的电子传输性能和化学稳定性，在电致变色、催化、磁材、电池、气体传感器等领域都展现出了良好的应用前景。由于其具有较高的气体灵敏度、低成本、与各种微纳米技术较好的兼容性等优点，一度被认为是气敏材料的最佳候选者之一。目前气敏元件的制备方法基本都是将事先制备而成的气敏材料人工涂抹于电极上，使得气敏材料与基板结合力较差，从而导致气敏元件的长期稳定性较差。

发明内容

针对目前金属氧化物半导体式气体传感器在气体选择性和长期稳定性方面的不足，本发明提供一种基于电极表面原位生长NiO纳米薄膜的NO₂传感器及其制备方法。目的是通过溶胶-凝胶提拉涂膜法在电极表面原位生长出表面形貌均一、性质稳定、疏松多孔的NiO纳米薄膜，并制备成具有高选择性、优异长期稳定性的NO₂传感器，以克服现有传感器选择性不高、长期稳定性较差等不足。

一种NO₂传感器，所述传感器由电极元件及均匀原位生长在电极元件表面的NiO薄膜组成，

其中，所述NiO薄膜由NiO晶体颗粒构成，所述NiO晶体颗粒为面心立方相晶体结构，直径为20～30nm。

本发明所述NO₂传感器，所述NiO纳米薄膜为检测NO₂气体的气敏材料。

上述技术方案中，所述NiO纳米薄膜具有表面形貌均一、疏松多孔的结构特性。

上述技术方案中，优选所述电极元件的材质为Al₂O₃陶瓷材料或金。

上述技术方案中，优选所述电极元件的形状为管状或平面。

进一步地，最优选所述电极元件为管状陶瓷元件或平面金元件。