[发明专利]一种修饰氧化锡的传感器及其制备方法和在氮氧化物气敏检测中的应用

说明书

本发明提供了一种修饰SnO₂的传感器及其制备方法和在氮氧化物气敏检测中的应用。本发明在3D结构的RGO水凝胶上修饰SnO₂，使用水热合成法制备SnO₂/RGOH气敏传感器，并在基板另一侧制备微型加热器用以调节检测温度和湿度，将其应用于NO₂气体检测。传感器具有低检出限、高灵敏度、优秀的选择性与抗干扰性，传感器灵敏度为4.3ppm^‑1，检出限为2.8ppb。传感器可使用柔性基底，使其在高度弯折的情况下保持高灵敏度与高可靠性。并可在常温条件下实现对NO₂的高灵敏与高选择性检测。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，涉及一种修饰SnO₂的传感器及其制备方法和在氮氧化物气敏检测中的应用。

背景技术

随着工业和农业技术的飞速发展，空气污染已经成为一个全球性的，迫切需要解决的问题。有害气体的检测对于环境保护和个人保健十分重要。二氧化氮(NO₂)是多种燃烧产生的典型空气污染物，会引起酸雨，臭氧和光化学烟雾等污染现象。此外，浓度低至几百ppb的二氧化氮气体仍对人体健康有害。美国环境保护署(EPA)建议将NO2的年度标准降至53ppb。因此，有必要开发灵敏度高、检出限低、且抗干扰能力强的NO₂传感器。

根据不同的工作原理，目前市面上现有的NO₂传感技术分为电化学，光学和化学电阻器方法。在这些解决方案中，基于金属氧化物半导体的化学电阻器因具有低成本，稳定性和灵敏性高的优点在工业中被广泛使用。

二氧化锡(SnO₂)是一种典型的n型金属氧化物半导体，具有高响应性，出色的稳定性，低成本和无毒性等优点，一般被用于气体检测用材料。SnO₂上的大量缺陷位点可用作增强气体吸附的活性位点，改善气体感应性能。但是，SnO₂要求高工作温度(超过200℃)以实现高灵敏度，这不仅带来热安全问题，而且导致高功耗，且会导致传感器灵敏度降低，这些因素限制了SnO₂的实际应用。

石墨烯在室温下具有高载流子密度和超高载流子迁移率，因此被用作气体传感的高性能材料。二维的石墨烯片材可以自组装为三维结构的还原氧化石墨烯(RGO)，将其进一步制备成石墨烯水凝胶(RGOH)具有高孔隙率，高导电性，出色的机械强度和稳定性，可广泛应用于化学传感、环境保护、医学检测等领域。

对于NO₂气敏检测而言，单独使用SnO₂或RGO都无法达成灵敏度高、检出限低的目的，因此本发明结合两者的性能优势，制备可在室温下使用的灵敏度高、检出限低、且可控制检测温度、湿度的NO₂气敏传感器。

发明内容

本发明的目的是要提供一种修饰二氧化锡(SnO₂)的3D石墨烯水凝胶(RGOH)传感器的制备方法，并将其应用于NO₂气敏检测。

本发明制备的SnO₂/RGOH气体传感器包括基板、化学电阻器和微型加热器，其中所述化学电阻器和微型加热器分别位于所述基板的两侧。

所述化学电阻器包括基底和电极层，其中所述基底为Si/SiO₂晶片或LCP薄膜，所述电极层修饰了3D SnO₂/RGOH结构层。本发明的另一目的是提供一种修饰SnO₂的RGOH传感器的制备方法。

具体包括以下步骤：

S1、3D SnO₂/RGOH的制备：将石墨烯分散在去离子水中得到石墨烯水溶液，取一定量石墨烯水溶液并向其中添加SnCl₂·2H₂O，将混合物超声处理10分钟，密封在高压釜中加热得到3D SnO₂/RGOH；