[发明专利]用于二氧化氮气敏传感器的二硫化锡/石墨烯/二氧化锡三元复合气敏材料的制备方法

说明书

用于二氧化氮气敏传感器的二硫化锡/石墨烯/二氧化锡三元复合气敏材料的制备方法，它涉及一种气体传感器材料及其制备方法，属于气体检测技术领域。本发明的目的是为了解决现有半导体材料对于NO₂气体灵敏度低、检测极限高、选择性差和工作温度高的问题，方法：一、SnS₂纳米片的制备；二、石墨烯与SnO₂量子线的复合；三、SnS₂/石墨烯/SnO₂复合传感薄膜的制备，先将石墨烯/SnO₂量子线的乙醇溶液涂覆于带有金插指电极的陶瓷片上，再将SnS₂的乙醇溶液涂覆于石墨烯/SnO₂量子线的乙醇溶液的表面上反应，老化，得材料。本发明把两种二维材料在NO₂气敏传感器领域的应用思路进一步整合，构建了SnS₂/石墨烯/SnO₂三元复合材料，实现在低温下对NO₂高灵敏、低检测极限的气敏响应。

技术领域

本发明涉及一种气体传感器材料及其制备方法，通过SnS₂/石墨烯/SnO₂三元复合气敏材料的制备实现NO₂气体的高灵敏检测，属于气体检测技术领域。

背景技术

NO₂是一种常见的污染气体，其主要来源是工业生产和汽车尾气排放。仅10ppm的NO₂就会对人体造成损伤，国际标准中规定NO₂的年安全浓度阈值为53ppb；人体的呼出气体中也存在微量的NO₂(ppb级)，其浓度异常可以作为某些疾病的诊断依据，因此，无论在工业生产、日常生活与人体疾病检测等领域，对ppb级NO₂气体检测市场需求量大，需要高灵敏度、极低检测极限和低成本的NO₂气敏传感器。目前，以半导体材料为主体的电阻型传感器，如SnO₂，WO₃，In₂O₃等，被广泛应用于NO₂气敏检测中。它们的优点是原料来源广，成本低，使用时稳定性好。但是灵敏度不够高，检测限高(ppm级)，工作温度高(导致使用成本高)，且气体选择性差，不能完全满足对于环境监测和人体疾病检测的需求。

近年来，人们发现二维材料具有独特的原子排布和层状结构，表现出比表面积大，电导率高，信号噪音低等优点，因而被广泛应用于气敏传感领域。对于NO₂气敏检测而言，最常见的气敏材料是石墨烯/金属氧化物(MOx)复合材料，例如石墨烯/SnO₂，石墨烯/WO₃等，这些基于二维材料的复合气敏材料均表现出良好的NO₂响应。原因在于石墨烯因具有超高载流子迁移率，可有效增加复合材料的载流子传输速度和传导效率，从而大幅提高响应倍率，缩短响应回复时间，并降低传感器的工作温度。二硫化锡(SnS₂)作为二维气敏材料的另一典型代表，可单独作为NO₂气敏材料使用，它对NO₂分子具极强的特异性吸附能力，在较低的温度(120℃)下对NO₂气体分子有极强的选择性，检测极限可低至1ppm以下。解决了传统的MOx气敏材料选择性差，检测限高工作温度高的缺点。

目前二维材料在气敏传感器应用的主要问题有：1)二维材料石墨烯/MOx复合气敏材料中，石墨烯的用量有一定限制(5％)，否则连续相石墨烯会导致气敏材料短路，导致复合后的增强效果有限，增幅在一个数量级以内；2)对于纯SnS₂二维气敏材料而言，它的工作电阻相对较高，需要降低其电阻，以提升倍率并降低检测限。

发明内容