[发明专利]基于分等级结构的Zn掺杂CdS纳米敏感材料的乙醇传感器、制备方法及其应用

说明书

一种基于分等级结构的Zn掺杂CdS纳米敏感材料的乙醇传感器、制备方法及其在多种环境中检测乙醇蒸汽方面的应用，属于金属硫化物气体传感器技术领域。由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al₂O₃陶瓷管衬底、涂覆在Al₂O₃陶瓷管外表面和金电极上的分等级结构的Zn掺杂CdS纳米敏感材料、置于Al₂O₃陶瓷管内的镍镉加热线圈组成。通过在分等级结构的CdS纳米球上掺Zn元素，提高了对乙醇的灵敏度，材料的检测下限较低，且具有快速的响应恢复速度和良好的重复性，在检测含量方面有广阔的应用前景；具有合成方法简单，成本低廉，体积小的优良特点。

技术领域

本发明属于金属硫化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于分等级结构的Zn掺杂CdS纳米敏感材料的乙醇传感器、制备方法及其在多种环境中检测乙醇蒸汽方面的应用。

背景技术

随着未来信息技术的发展，传感器作为获取信息的手段，将处于信息技术发展的前沿，会受到广泛的关注和商业化应用。近年来大气环境污染的加剧、工业/家庭安全事故的频发、食品/药品质量的恶劣以及在医疗、社会福利、化石能源、军工和航空/航天等领域的急需。虽然在氧化物半导体气体传感器的研究上已经获得了很大的进步，但是为了满足其在各检测领域的使用要求，除了继续对氧化物半导体气体传感器进行进一步的研究以外，我们还可开发新的纳米材料如金属硫化物来提高传感器的灵敏度、选择性和降低工作温度，。

事实上，围绕着提高金属硫化物传感器灵敏度的研究一直在不断地深化，尤其是纳米科学技术的发展为改善传感器性能提供了很好的契机。研究表明，气敏材料的识别功能、转换功能和敏感体利用率决定着金属硫化物半导体传感器的敏感程度。人们发现通过异质掺杂剂掺杂的金属硫化物复合材料能够显著地改善传感器的灵敏度和选择性。这主要是因为掺杂异质金属离子可以提高传感材料的载流子迁移率，从而提升了其“转换功能”，其次，有些异质金属掺杂剂可以作为催化剂使发生在半导体表面相应的氧化还原反应得到催化，可以提高传感器的选择性，改善了传感材料的“识别功能”。基于这点，开展异质金属掺杂的金属硫化物半导体的设计和制备，对于扩大气体传感器的应用具有十分重要的科学意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分等级结构的Zn掺杂CdS纳米敏感材料的乙醇传感器、制备方法及其在多种环境中检测乙醇蒸汽方面的应用。本发明通过对半导体材料进行掺杂，增加传感器的灵敏度，提高传感器的响应速度，改善传感器的重复性，促进此种传感器在气体检测领域的实用化。

本发明所得到的传感器除了具有较高的灵敏度外，并具有较好的选择性、重复性。该传感器的检测下限为5ppm，可用于乙醇的检测。本发明所采用的市售的管式结构传感器，制作工艺简单，体积小，利于工业上批量生产，因此具有重要的应用价值。

本发明所述的基于分等级结构的Zn掺杂CdS乙醇传感器，由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al₂O₃陶瓷管衬底、涂覆在Al₂O₃陶瓷管外表面和金电极上的纳米敏感材料、置于Al₂O₃陶瓷管内的镍镉加热线圈组成；其特征在于：纳米敏感材料为分等级结构的Zn掺杂CdS材料，且由如下步骤制备得到，

(1)将0.05g的ZnO溶解在10～15mL乙二胺和20～30mL水的混合溶液中，随后添加200～300μL、0.1M的Cd(NO₃)₂水溶液和200～300μL、0.1M的硫脲水溶液到上述混合溶液中，充分搅拌10～20min；

(2)将上述溶液在150～190℃条件下水热反应10～15h；

(3)反应结束后，将得到的产物冷却到室温，然后用水和乙醇交替进行离心洗涤，将得到的产物进行干燥，从而得到分等级结构的Zn掺杂CdS纳米敏感材料；