[发明专利]一种用于检测丙酮气体的敏感材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于检测丙酮气体的敏感材料，由WO₃纳米片为和C₃N₄复合而成，WO₃纳米片为基质，所述的C₃N₄为敏化剂，C₃N₄在敏感材料中的质量百分比含量在0.5‑10 wt%之间。本发明还提供了上述敏感材料的制备方法，通过自组装的方法制备出超薄WO₃纳米片，再将制备的C₃N₄在溶剂中超声剥离获得分散液，按照质量百分比将分散液滴加到WO₃纳米片层上形成复合气敏材料。本发明通过具有二维层状结构的C₃N₄修饰WO₃纳米片实现其对丙酮检测性能的提升。气敏测试结果表明，该气敏元件具有对丙酮蒸汽具有灵敏度高、响应恢复快、抗干扰能力好、稳定性好等优点，可用于选择性检测呼吸气体中丙酮气体。

技术领域

本发明属于半导体材料领域，涉及一种敏感材料，具体来说是一种用于检测丙酮气体的敏感材料及其制备方法。

背景技术

人体呼出气体中的挥发性有机化合物(VOCs)是无创，快速和简单诊断疾病的重要标识。其中，人类呼出气中的丙酮浓度是诊断糖尿病的关键指标。一个异常的代谢与血液中葡萄糖的不完全消化有关，会产生高水平的脂肪酸且脂肪酸会在肝脏中转化为酮体。这些酮是具有很高挥发性的化合物并且在呼吸过程中可以容易地蒸发。因此，高灵敏度的丙酮蒸汽传感器是精确诊断糖尿病所必需的。在大多数情况下，色谱-质谱联用检测技术(GC-MS)是用于精确检测呼吸标记痕迹的通用方法。然而，成本高，体积庞大，分析复杂大大限制了其在便携式实时医疗诊断中的应用。最近，基于金属氧化物半导体(MOS)的气体传感器作为有前途的候选呼出气体分析仪已被用于疾病诊断。与GC-MS联用相比，这些基于MOS的气体传感器在易于实现小型化，低成本和便于操作等方面具有巨大的优势。

半导体氧化物敏感材料用于丙酮气体的检测时，一般基于丙酮气体分子和敏感材料表面吸附氧物种发生氧化还原反应，通过调控纳米结构或者与其他材料复合形成异质结可以提高金属氧化物有效比表面积及电荷传导通道进而提高其气敏性能。例如，Zhang JN等结合简单的静电纺丝法及煅烧法制备了NiO/WO₃复合纤维，其在375℃下对100ppm的丙酮检测灵敏度为22.5，比纯的WO₃纳米纤维高了2.1倍，其气敏性能的提高也归结为异质结的形成；其它异质结构金属氧化物材料复合物如NiO/ZnO^[2]纳米线和CNTs/α-Fe₂O₃^[3]纳米棒用作丙酮检测也均有报道。虽然这些方法有效提高了材料对丙酮气体检测的敏感度、选择性等问题，但是仍然存在响应恢复慢、检测限低及稳定性不佳等问题。针对目前市面上的高灵敏丙酮传感器价格普遍太高，而价格便宜的又灵敏度较低、响应恢复慢、抗干扰能力差，无法满足市场需求。

C₃N₄纳米片由于其优异的二维结构特性及独特的电学特性，在能量存储，光电器件，传感器，光催化等领域引起了广泛的研究。此外，相比于氧化石墨烯等材料C₃N₄还具有优异的热稳定性，这使得其在高工作温度下有可能作为气敏材料的增敏剂使用。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种用于检测丙酮气体的敏感材料及其制备方法，所述的这种半用于检测丙酮气体的敏感材料及其制备方法要解决现有技术中的高灵敏丙酮传感器灵敏度较低、响应恢复慢、抗干扰能力差的技术问题。

本发明提供了一种用于检测丙酮的敏感材料的增敏方法，将WO₃气敏材料通过添加C₃N₄实现丙酮敏感性能的提升。