[发明专利]一种CO2气敏材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及传感材料技术领域，特别涉及一种CO₂气敏材料及其制备方法和应用。

背景技术

人类呼出CO₂，在封闭的汽车、潜艇、飞机、太空舱下，需要测定出CO₂的浓度，以及时启动换气系统。另外CO₂在制造碳酸氢铵、小苏打、纯碱、尿素、铅白颜料、饮料、灭火器、铸钢件的淬火中使用，也需要CO₂气敏传感器或监控器来控制CO₂浓度。果蔬仓库也常需要控制CO₂浓度。所以开发CO₂是十分必要的。

目前红外吸收式传感器，CO₂电化学Severinghaus电极传感器都不适合普遍使用，而NASICON固体电解质型CO₂传感器也因为工艺要求非常苛刻，实际制造难度大，因此增加了成本。电阻型CO₂气敏材料一般以CuO-BaTiO₃复合材料或掺银的CuO-BaTiO₃复合材料为主，该复合材料因为涉及CuO、BaTiO₃两类物质，工艺要求也复杂。另外，BaTiO₃成相温度高，CuO-BaTiO₃复合材料CO₂气敏传感器的最佳工作温度也高达400℃以上。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术存在的制备工艺复杂、工作温度高等缺点，而设计出一种新型铁基La_1-xA_xFeO₃纳米晶CO₂气敏材料，并给出了制备方法及应用。

本发明是由如下技术方案实现的：这种CO₂气敏材料的通式是La_1-xA_xFeO₃，其中A为Ba、Sr、Ca元素中的一种或两种，0≤x≤0.4。

本发明还给出了La_1-xA_xFeO₃的制备方法，具体步骤如下：

(1)当x＝0时，按LaFeO₃化学计量比分别称取硝酸镧，硝酸铁，溶于去离子水中，配制成0.5～1mol/L的溶液；当0＜x≤0.4时，按La_1-xA_xFeO₃化学计量比分别称取硝酸镧，硝酸钡或硝酸钙或硝酸锶的一种或两种，硝酸铁，溶于去离子水中，配制成0.5～1mol/L的溶液；

(2)称取与气敏材料的摩尔比为1～3的柠檬酸，溶于去离子水中，配制成0.5～1mol/L的溶液待完全溶解后，将以上各种溶液混合在一起；

(3)在50～90℃条件下边加热边搅拌12～48小时，制得溶胶；

(4)将溶胶放入烘箱中，在80～120℃下干燥2～20小时，得到凝胶；

(5)将凝胶置于300～500℃退火炉中，退火2～5小时，自然冷却，将冷却后的材料研磨10～30分钟，得到粉体；

(6)将研磨后的材料粉体在600～1100℃空气中退火2～6小时，自然冷却，得到材料La_1-xA_xFeO₃。

按照本发明方法得到的La_1-xA_xFeO₃材料呈钙钛矿结构相，该相热稳定性能好。气敏材料不仅与配方有关，而且与研磨后的粉体退火有关，温度高于1100℃，晶粒较大，低于600℃，钙钛矿相结晶较差，对气敏性能不利。

本发明提供了一种CO₂气敏材料的应用，将本发明的CO₂气敏材料用作厚膜型CO₂气敏元件。厚膜型CO₂气敏元件的制备按重量分数比是由32～44份CO₂气敏材料、1～3份玻璃粉和55～65份松油醇混合调浆，印刷在已制备电极的Al₂O₃衬底上，并在80～120℃下烘干10～30分钟，最后在600～800℃下退火1～2小时，制得CO₂厚膜气敏器件。