[发明专利]基于二维MXene/SnO2异质结的氨气气体传感器、制备工艺及应用

说明书

本发明提供了一种基于二维MXene/SnO₂异质结的氨气气体传感器、制备工艺及应用，属于纳米材料技术领域。该氨气气体传感器主要由气敏材料和加热基板组成，工作温度为室温。所述气敏材料涂覆在所述加热基板表面，涂覆厚度为1μm～100μm；所述气敏材料成分为碳化钛和二氧化锡形成的异质结复合纳米材料。本发明采用水热法获得一种新型异质结复合纳米材料，原材料获取方便、制备异质结过程简单，是一种设备投资小，工艺流程简单的二维半导体异质结制备方案。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种基于二维MXene/SnO₂异质结的氨气气体传感器、制备工艺及应用。

背景技术

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器，根据电信号的强弱就可以得到环境中待测气体存在情况等信息。疾病的早期预防是最好的治疗方法，大多数人对这种方法感兴趣，因为它实质上有助于健康的生活。在疾病恶化之前进行早期的疾病检测很可能会提供更多的机会，可以增加患者生存的可能性。早期预防的一个很有希望的尝试是从呼吸、心率和皮肤对人体进行持续的生理监测。值得注意的是，在人类呼吸中发现了大约200种化合物，其中一些化合物是身体健康状况的信号。例如，丙酮来自糖尿病患者，氨来自肺部疾病患者。因此，在包括成本和可用性在内的许多方面，使用分析呼吸的气体检测将是一种实用的保健方法。

为了更加实用，传感器应该配备一些其他功能，如可移植性和可穿戴性，许多研究人员努力开发具有这种功能的电子产品。便携式和可穿戴电子硬件应该具有天生的适应性。此外，系统应该能够在低温下运行，而不需要额外的电源进行实际部署。然而，普通的气体检测设备是在硅晶片和铟锡氧化物(ITO)涂层玻璃等固体基片上制造的，因此不能集成到可穿戴电子设备中。另外,大多数商业化金属氧化物传感器组成的SnO₂、ZnO或在NiO的最佳工作温度普遍高于 100℃，这严重限制了他们适应嵌入式监控系统。因此，有必要在柔性基板上探索具有良好室温感知能力的新材料。

近年来，有研究表明利用二维半导体材料制成的气体传感器可以实现较低温度下工作，如利用过渡金属碳化物或氮化物(MXene)制成的氨气气体传感器的最佳工作温度在室温条件下，同时该传感器对氨气也有着较好的选择性。也有研究表明，对二维类石墨烯材料通过水热原位复合和自然沉积的方法合成的与金属氧化物的复合材料的气敏特性得到加强，可有效的提升气体传感器的灵敏度，延长元件使用寿命。

因此，制备出一种工艺步骤简单，成本低且对氨气的选择性高、稳定性好以及可恢复性强的一种新型氨气传感器成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对氨气气体的响应值高、选择性好、稳定性强，且能够在室温条件下工作的一种新型氨气传感器及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种基于二维MXene/SnO₂异质结的氨气气体传感器，主要由气敏材料和加热基板组成，所述气敏材料涂覆在所述加热基板表面，涂覆厚度为1μm～100μm；所述气敏材料成分为碳化钛和二氧化锡形成的异质结复合纳米材料。

所述碳化钛和二氧化锡异质结复合纳米材料是通过水热法在片状碳化钛表面生长颗粒状二氧化锡构成。

所述碳化钛为片状，其尺寸为3um～5um。

所述加热基板为正面带有纯金电极的氧化铝基板，背面带有发热电阻丝，发热温度可达350℃。

一种基于二维MXene/SnO₂异质结的氨气气体传感器的制备工艺，步骤如下：