[发明专利]一种氧化锌基气敏材料的制备方法、制得的气敏材料及其应用有效
申请号: | 202011170541.0 | 申请日: | 2020-10-28 |
公开(公告)号: | CN112345599B | 公开(公告)日: | 2022-10-11 |
发明(设计)人: | 杨正 | 申请(专利权)人: | 微纳感知(合肥)技术有限公司 |
主分类号: | G01N27/12 | 分类号: | G01N27/12 |
代理公司: | 合肥市浩智运专利代理事务所(普通合伙) 34124 | 代理人: | 叶濛濛 |
地址: | 230088 安徽省合肥市高新*** | 国省代码: | 安徽;34 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 氧化锌 基气敏 材料 制备 方法 及其 应用 | ||
本发明公开一种氧化锌基气敏材料的制备方法,涉及MEMS气体传感器技术领域,包括以下步骤:(1)锌源溶液的配制;(2)取有机碱溶液滴加到锌盐溶液中,搅拌,超声分散,得到浊液;(3)将浊液置于50‑90℃烘箱中静置反应1‑24h,即制得氧化锌基气敏材料。本发明还提供上述制备方法制得的氧化锌基气敏材料及其应用。本发明的有益效果在于:本发明制备方法简单,无昂贵的设备投入,易批量化生产,制备方法绿色能耗低。制得的化锌基气敏材料、MEMS敏感芯片、MEMS气体传感器用于对硫化氢气体的检测具有灵敏度高、选择性好,响应恢复时间短、检测范围宽的优点。
技术领域
本发明涉及MEMS气体传感器技术领域,具体涉及一种氧化锌基气敏材料的制备方法、制得的气敏材料及其应用。
背景技术
硫化氢(H2S)是一种有毒、强腐蚀性的易燃气体。在自然界中H2S气体通常由有机质衰变释放出来,除此之外,煤炭,石油、天然气以及其广泛应用的各类化工业也是重要的释放源。硫化氢对人体的危害非常大,其浓度达到200ppm,便可导致死亡。即便是在低浓度下,长时间的吸入也会麻痹人的嗅觉神经,对人的眼睛和中枢神经系统产生影响,甚至引起呼吸系统疾病、无意识神经后遗症和心血管死亡等。其实当H2S的浓度达到0.1ppm时,人便可嗅到其特殊的臭鸡蛋气味,然而由于嗅觉疲劳,在接触几分钟后便会丧失嗅觉,从而无法感知其危害浓度。所以对于H2S气体的高灵敏检测至关重要。
目前对于H2S气体的检测主要有标准碘量法、分光光度法、电化学法、醋酸铅试纸法和传感器法等。标准碘量法、分光光度法和电化学测量准确,但是需要在实验室里进行,检测操作繁琐,受场地和人员限制,难以满足现场检测的需求。醋酸铅试纸法方便携带,但是多用于定性,难以实现准确定量检测。传感器法有多种检测方式,目前市场上在应用的主要有电化学式,红外式和金属氧化物半导体(Metal oxide semiconductor,MOS)、催化燃烧式等。其中属MOS气体传感器使用寿命最长、操作最为简单、制备成本最低。其原理是目标气体分子在MOS表面发生物理吸附或化学吸附,并发生反应,导致电子耗尽层发生变化,使电阻发生变化,根据电阻变化与浓度关系来实现气体检测。所以MOS气体敏感材料是MOS传感器的核心。目前已有多种MOS应用到H2S气体的检测中,如CuO、SnO2、Fe2O3、TiO2、WO3等。然而这些材料都因为一些缺点影响了其实际应用,如CuO对H2S的灵敏度高、选择性好,但易中毒,难以恢复。Fe2O3、TiO2的灵敏度则相对较低。目前商业化的MOS传感器中应用最多的是WO3、SnO2纳米材料,其灵敏度高,响应恢复快,但选择性差,并且容易受环境因素影响,通常都被用作VOC的检测,难以实现对单一气体的识别。
ZnO由于其良好的气敏特性和电学性能受到科研界的广泛关注。并且ZnO导电薄膜被认为是能替代InO3:Sn(ITO)的最理想材料之一。目前对于ZnO气敏材料的合成的研究较多,绝大部分研究中通过掺杂或者纳米材料复合的方式改变氧化锌的灵敏度和选择性,不仅操作复杂,而且在合成体系中引入新的变量,然而其性能也不一定达到应用级别。大多ppb级ZnO传感器的响应恢复时间都大于100s,并且其检测范围一般只能跨越两三个数量级(Acs Applied MaterialsInterfaces,2019.11(12),11627–11635),所以对H2S气体高选择性、低响应恢复时间、长范围检测仍然是ZnO利用方向上需要攻克的难关。
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