[发明专利]一种基于Cu2

说明书

一种基于Cu₂O‑CuO分等级结构微米花敏感材料的二氧化氮传感器及其制备方法，属于半导体氧化物气体传感器技术领域。本发明所采用的传感器结构是由带有2个环形金电极的Al₂O₃绝缘陶瓷管、涂敷在环形金电极和Al₂O₃绝缘陶瓷管上的基于Cu₂O‑CuO分等级结构微米花半导体敏感材料、以及穿过Al₂O₃绝缘陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成。该传感器对二氧化氮表现出卓越的选择性、高灵敏度(10.2‑1ppm)和低的检测下限(1.37–5ppb)，且有较好的长期稳定性和快的响应恢复时间。本发明器件工艺简单，体积小，适于大批量生产，在检测二氧化氮方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体金属氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于 Cu₂O-CuO分等级结构微米花敏感材料的二氧化氮传感器及其制备方法。

背景技术

对于NO₂等氮氧化物，即使浓度很低，也会对人体呼吸道造成伤害。美国环境保护署(EPA)已将环境中NO₂浓度的质量标准定为年平均浓度53ppb。因此，早期识别和检测二氧化氮对于保护公众健康具有足够的安全意义。特别是在某些特定的工作环境中，要求NO₂的检测浓度可能会更低。显然，超灵敏二氧化氮传感器的设计和开发变得尤为重要。半导体氧化物气体传感器因其器件结构和制造工艺简单、易于小型化和集成化、适合在线测量等优点而受到广泛关注并成为气体传感器中的热点之一。

在种类众多的气体传感器中，以半导体金属氧化物为敏感材料的电阻型气体传感器具有灵敏度高、高稳定性、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，将气敏材料调控成具有新颖形貌的分等级结构能够极大地提高材料的比表面积，增加活性位点，可以使气敏特性得到改善，从而获得更好的气敏特性。

氧化铜(CuO)是一种重要的P型半导体金属氧化物，由于其具有稳定的化学和电学性质，被广泛应用于太阳能、光催化和气体传感器等领域。对CuO材料结构传感性能的研究表明，虽然与某些N型金属氧化物半导体相比，其灵敏度相对较低，然而氧化铜在对挥发性有毒有害气体检测以及有机挥发性气体具有优秀的催化活性，这使得对CuO敏感材料的改性变得有意义。本发明中通过利用水热法合成出一种Cu₂O-CuO分等级结构微米花敏感材料来提高气敏特性，通过大量文献调研证实，这种分等级结构复合物可以提高气体传感器的气敏特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Cu₂O-CuO分等级结构微米花敏感材料的二氧化氮传感器及其制备方法。

利用Cu₂O-CuO形成的p-p异质结构微米花作为敏感材料，一方面这种复合材料结构疏松、分散性好，有利于气体的传输和检测；另一方面适量Cu₂O的引入增加了CuO表面吸附氧的量，所以会引起更多的目标气体分子与氧离子参与反应；此外，Cu₂O和CuO之间由于费米能级的不同会形成大量的异质结，这些异质结的出现会提供更多的反应活性位点。这两方面的共同作用大幅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的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。

本发明所述的一种基于Cu₂O-CuO分等级结构微米花敏感材料的二氧化氮传感器，由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的陶瓷管衬底、涂覆在陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料、置于陶瓷管内的镍铬加热线圈组成；其特征在于：敏感材料为Cu₂O-CuO分等级结构微米花，且由如下步骤制备得到，

(1)称取35～40mL去离子水；