[发明专利]丙酮气敏材料和丙酮气体传感器的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种丙酮气敏材料的制备方法，包括以下步骤：S1：将钌源、锡源和高分子聚合物混合，然后加至溶剂中，进行超声处理和搅拌，得到前驱体溶液；S2：将步骤S1获得的前驱体溶液进行静电纺丝，得到含钌锡的纳米纤维材料；S3：对步骤S2获得的含钌锡的纳米纤维材料进行热处理，除去高分子聚合物，得到RuO₂掺杂SnO₂多孔纳米管的粉体，极好地改善材料对丙酮气体的选择性、灵敏度等气敏功能特性，并在一定程度上降低丙酮检测工作时的温度。

技术领域

本发明涉及丙酮气体探测领域，尤其涉及一种丙酮气敏材料及其制备方法，还涉及一种丙酮气体传感器的制备方法及其以用。

背景技术

丙酮是一种重要的广泛应用的工业原料，然而丙酮易燃、有毒，对人的中枢神经系统具有抑制和麻醉作用。高浓度吸收会对肾、肝以及胰腺造成严重伤害，有鉴于此，在污染事故、环境影响评价及设施验收等环境监测工作中，需对其的含量进行检测。在医学上，I型糖尿病患者会呼出一种特殊的挥发性有机化合物(VOCs)--丙酮(CH₃COCH₃)气体分子。据报道，在I型糖尿病患者的呼出气中观察到高丙酮浓度超过百万分之1.8(ppm)，而健康人为0.3-0.9ppm。因此，丙酮可作为生物标志物用于I型糖尿病的诊断。目前，传统的糖尿病患者的检测主要采用GC/GC-MS气相色谱法、固相微萃取法等，相比以气体传感器作为检测单元的呼气分析，由于其具有非侵入性，实惠，快速和简便等优点，在个人医疗保健监测领域占有主要地位。作为气体传感器一个重要分支的半导体式气体传感器，由于其具有价格低、全固态、体积小、可集成化等优点而逐渐进入了人们的视野中，然而，为了通过呼吸分析准确诊断糖尿病，呼吸分析仪必须对低于ppm或甚至低于十亿分之一(ppb)级别痕量浓度的丙酮敏感，并且在非常潮湿(通常为90％相对湿度)的呼出气中对这些生物标志物具有选择性。因此，仍需进一步提高传感材料及器间对丙酮的灵敏度、选择性和稳定性。

基于金属氧化物半导体(MOS)的气体材料，例如ZnO，SnO₂，In₂O₃，WO₃等，在各种传感器的应用和研究最为广泛。其技术成熟、灵敏度高、稳定性好、能长期服役，实现快速、低成本检测，具有巨大应用前景。然而，目前关于SnO₂基氧化物半导体的丙酮气敏材料的研究报道较少。文献“《Journal of Materials Science》50(2015)pp.2605-2615”公开了一种将Pd负载在SnO₂纳米纤维表面(Pd-SnO₂)的物理化学方法，并研究了Pd纳米颗粒负载在SnO₂纳米纤维表面的气敏特征与物理机理。文献“《Advanced Functional Materials》419(2016)pp.1-9”通过模板发合成了Pt负载在SnO₂纳米管表面的(Pt-SnO₂)的物理化学方法，并研究了Pt纳米颗粒负载在SnO₂纳米纤维表面的气敏特征与物理机理。因此，关于SnO₂基纳米结构的气敏材料的制备方法亟待研究发展。