[发明专利]一种双金属氧化物半导体气敏材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双金属氧化物半导体气敏材料及其制备方法。该气敏材料由原位生成的纳米碳和双金属氧化物纳米颗粒组成，所述双金属氧化物为Co、Zn、Cu中任意两种金属的氧化物。其制备方法包括如下步骤：(1)将两种金属盐加入到乙醇中，搅拌至形成澄清溶液；(2)将沉淀剂溶于无水乙醇中，室温下搅拌形成澄清溶液；(3)将金属盐溶液缓慢滴入沉淀剂溶液，并充分搅拌得到双金属氧化物前驱体沉淀；(4)用无水乙醇洗涤前驱体沉淀，并干燥；(5)将沉淀研磨，并进行煅烧；(6)用无水乙醇洗涤得到的粉末，并干燥，得到双金属氧化物半导体气敏材料。本发明的气敏材料针对环境中的乙醇气体具有较好的气体检测性能，其制备方法简便，易于放大。

技术领域

本发明涉及一种双金属氧化物半导体气敏材料及其制备方法，属于气体传感器技术领域。

背景技术

半导体型气体传感器是目前研究最为广泛的气体传感器，具有成本低廉，易于大规模生产，检测方便，使用周期长，简便易携等优点。但是半导体型气体传感器面临气敏材料单一，性能稳定性不足、检测温度较高及功耗较大等缺点。目前，已商业化应用的气敏材料主要包括SnO₂、WO₃及其贵金属修饰氧化物等材料，但这些材料对不同检测气体的选择性较差。发展高性能、低成本、高选择性、高灵敏度的金属氧化物半导体气敏材料对于推动半导体式气体传感器的发展具有重要意义。

过渡金属Co、Zn、Cu等具有成本低廉，气敏性能优异及制备方式多样等优点。但目前，多金属氧化物的制备多采用球磨、溶剂热法、溶胶-凝胶法等方式，其中溶剂热法制备产量低，不利于大规模利用；球磨法存在材料混合不均匀的缺陷；溶胶-凝胶法则稳定性欠佳。此外，这些方法对于制备设备均存在一定的要求，不利于低成本高效率生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双金属氧化物半导体气敏材料，该气敏材料针对环境中的乙醇气体具有较好的气体检测性能。

本发明的另一目的在于提供一种所述双金属氧化物半导体气敏材料的制备方法，该方法简便，易于放大。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双金属氧化物半导体气敏材料，该材料由原位生成的纳米碳和双金属氧化物纳米颗粒组成，所述双金属氧化物为Co、Zn、Cu中任意两种金属的氧化物。

其中，所述双金属氧化物纳米颗粒的尺寸为500nm～2μm。

一种所述双金属氧化物半导体气敏材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取两种金属盐，加入到无水乙醇或乙醇与水的混合溶液中，室温下搅拌至形成澄清溶液；

(2)称取沉淀剂溶于无水乙醇中，室温下搅拌形成澄清溶液；

(3)将步骤(1)形成的金属盐溶液缓慢滴入步骤(2)形成的澄清溶液，并充分搅拌，得到双金属氧化物前驱体沉淀；

(4)采用无水乙醇对步骤(3)得到的前驱体沉淀进行洗涤，并干燥；

(5)将步骤(4)得到的沉淀研磨，并进行煅烧；

(6)采用无水乙醇对步骤(5)得到的粉末进行洗涤并干燥，得到双金属氧化物半导体气敏材料。

所述步骤(1)中，所述金属盐为金属的硝酸盐、氯化盐或硫酸盐，两金属盐之间的摩尔比为0.1～0.9。

所述步骤(2)中，所用的沉淀剂为2-甲基咪唑(2MI)，该沉淀剂为纳米碳的来源，反应时2MI与金属离子自组装形成规则多面体结构。沉淀剂与金属盐摩尔比优选为1～4，可控制反应前驱体的成核速率，沉淀剂比例增大，成核过快，不利于控制材料颗粒尺寸；比例减小，沉淀速率过低。

所述步骤(3)中，搅拌时间为10～30min。