[发明专利]正丁醇气体敏感材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种正丁醇气体敏感材料及其制备方法。所述方法包括如下步骤：1).称取二水乙酸锌、一水硝酸铟和聚乙烯吡咯烷酮，加入到去离子水中，搅拌至溶解，配成溶液；2).对配制的步骤1)配置的溶液做干燥处理，得到一种淡黄色透明的凝胶；3).将上述凝胶放入煅烧炉中烧制，得到成品。本发明正丁醇气体敏感材料结构疏松、尺寸均匀，具有微米三维结构，该微米三维结构由二维片状结构组成，所述正丁醇气体敏感材料对正丁醇具有较高的灵敏度和很快的响应‑恢复速率。所述正丁醇气体敏感材料制备方法简单、形貌可控。

技术领域

本发明属于无机材料制备和气体传感器技术领域，涉及一种正丁醇气体敏感材料及其制备方法。

背景技术

正丁醇是一种无色、透明、易挥发的低毒类液体，广泛应用于塑料、橡胶、染料等领域。正丁醇具有易燃易爆性，其蒸气与空气接触可形成爆炸性混合物，遇明火或高温能引起燃烧，甚至爆炸。此外，正丁醇还具有刺激性和麻痹作用，长时间处于正丁醇环境下容易出现头痛、头晕、嗜睡、精神紊乱以及昏迷等症状，而且液体对眼睛和皮肤也有刺激性。因此，加强对正丁醇气体浓度的检测对保障安全生产和身体健康具有重要意义。

金属氧化物半导体气体传感器具灵敏度高、制作简单、成本低廉等优点，在检测挥发性有机物领域具有广泛应用，敏感材料是决定该类型气体传感器性能的关键因素。氧化锌是一种典型的n型半导体材料，也是研究较早和和应用最广泛的气敏材料之一，对乙醇、丙酮、甲醇等气体具有良好的气敏性能，在挥发性有机气体检测方面具有广泛的研究和应用。近年来的研究结果表明，ZnO对正丁醇也具有较高的气敏灵敏度，但是其响应-恢复时间一般在10s以上。响应-恢复时间是气体传感器的一个重要指标，快速响应和恢复有利于提高传感器对正丁醇的检测速率，从而降低正丁醇气体泄漏产生的危害。

发明内容

本发明的目的是提供一种正丁醇气体敏感材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种正丁醇气体敏感材料，所述敏感材料具有微米三维结构，直径为0.8-2.5μm，每个微米三维结构由二维片状结构组成；

所述气体敏感材料对浓度为0.4-10ppm的正丁醇，其灵敏度为1.8-18，响应时间2s-8s，恢复时间为5s-12s。

本发明第二方面提供一种正丁醇气体敏感材料的制备方法，包括如下步骤：

1).称取二水乙酸锌、一水硝酸铟和聚乙烯吡咯烷酮，加入去离子水中，搅拌至溶解，配成溶液；

2).对配制的步骤1)配置的溶液做干燥处理，得到一种淡黄色透明的凝胶；

3).将上述凝胶放入煅烧炉中烧制，得到成品。

本发明第三方面提供一种采用上述方法制备的正丁醇气体敏感材料，所述敏感材料具有微米三维结构，直径为0.8-2.5μm，每个微米三维结构由二维片状结构组成；所述气体敏感材料对浓度为0.4-10ppm的正丁醇，其灵敏度为1.8-18，响应时间2s-8s，恢复时间为5s-12s。

本发明提供的正丁醇气体敏感材料及其制备方法，具有如下有益效果：

(1)所述正丁醇气体敏感材料对正丁醇具有较高的灵敏度。本发明所述的敏感材料之所以具有较高的灵敏度是由于：In的掺杂使得产物结构由纳米棒转变为微米三维结构，该结构由二维纳米片结构组成，二维片状结构之间结构疏松，增大了敏感材料与正丁醇的接触面积，增加了参与反应的活性位点；部分In³⁺进入取代Zn²⁺，导致ZnO内部缺陷浓度增加，提高了样品中的氧空位浓度，促进材料表面对氧分子的吸附与离子化过程，有利于表面电荷层的形成，进一步增加了表面空间电荷层和电子耗尽层厚度；此外，In除了掺杂到ZnO晶格之外，In₂O₃与ZnO的能带结构不一致，二者形成异质结构，异质结构的界面为载流子传输提供了通道；