[发明专利]一种基于ZnO纳米敏感材料的正戊醇气体传感器及其制备方法

说明书

一种基于ZnO纳米敏感材料的正戊醇气体传感器及其制备方法，属于半导体氧化物气体传感器领域。传感器由外表面带有两条环装、平行并且彼此分立的金电极的Al₂O₃陶瓷管衬底、涂覆在Al₂O₃陶瓷管外表面以及金电极上的ZnO纳米敏感材料和放置于Al₂O₃陶瓷管内的镍铬合金加热线圈组成。本发明通过水热法制备了ZnO纳米敏感材料，ZnO纳米花由多孔纳米片组成。本发明通过改变纳米材料烧结时的升温速度实现了对纳米材料表面氧空位含量的调节，进而提高了传感器对正戊醇的敏感特性。本发明提供了一种成本更低、操作更简单的方法来实现对正戊醇的实时监测，并且传感器件工艺简单、体积小，适合大批量生产。

技术领域

本发明属于半导体氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于ZnO纳米敏感材料的正戊醇(N-pentanol)气体传感器及其制备方法。

背景技术

N-pentanol作为一种多链醇，是最有前途的一种“下一代”酒精燃料，它还广泛应用于我们的日常生活中作为涂料溶剂、浮选剂、消泡剂、医药原料。然而，N-pentanol是一种挥发性物质有机化合物，有轻微的气味，其蒸汽对人体健康有很大的危害。低浓度的正戊醇会对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道产生刺激，还会引起头痛、咳嗽、恶心、呕吐等症状。如果长期接触高浓度的N-pentanol可导致复视、耳聋、谵妄甚至高铁血红蛋白症。因此，对N-pentanol的检测具有重要意义。

在种类众多的气体传感器中，以半导体氧化物为敏感材料的电阻型气体传感器具有灵敏度高、检测下限低、选择性好、响应和恢复速度快、制作方法简单、成本较低等优点，是目前应用最广泛的气体传感器之一。随着纳米科学与技术的发展，出现了多种改善传感器气敏性能的方法，其中增加活性位点可以使纳米材料的气敏性能的到改善。

ZnO是一种宽禁带的n型半导体材料，由于其无毒，制作方法简单等被广泛应用在气体传感方面。然而，尽管许多不同形貌、具有大比表面积和活性位点密度的ZnO材料被研制出来，但是这些改良气敏性能的方法不仅增大了实验难度，而且不便于后续的推广和应用。因此，寻找到一种简单的办法对ZnO材料进一步改性，从而提升其气敏性能至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ZnO纳米敏感材料的正戊醇(N-pentanol)气体传感器及其制备方法。

本发明通过水热法合成ZnO作为敏感材料，并且通过改变敏感材料烧结时的升温速度，实现了对ZnO表面氧物种(O_L、O_C、O_V)含量的调节，提高了气体与敏感材料的反应效率，进而提高了传感器的灵敏度。本发明所采用的市售管式结构传感器，制作工艺简单，体积小，利于工业上批量生产，因此具有重要的应用价值。

本发明所述的基于ZnO纳米敏感材料的N-pentanol气体传感器，由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al₂O₃陶瓷管衬底、涂覆在Al₂O₃陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料、置于Al₂O₃陶瓷管内的镍铬加热线圈组成；其特征在于：敏感材料为ZnO纳米敏感材料，通过改变烧结的升温速度优化了ZnO表面的氧物种分布，从而改善了ZnO纳米敏感材料的气敏性能，该ZnO纳米敏感材料由如下步骤制备得到：

(1)将0.3～0.35g硝酸锌和0.3～0.35g尿素加入到35～40mL的去离子水中，搅拌60～70min直到其完全溶解；将上述溶液装入50mL水热釜中，在140～150℃条件下反应5～6h；

(2)将步骤(1)所得产物用水和乙醇交替进行离心洗涤，离心速度为10000～11000r min^-1，离心时间为10～12min；

(3)将步骤(2)离心洗涤后的产物在80～85℃下干燥12～13h；