[发明专利]单根多孔微米管结构的气敏材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及多孔微米管气敏材料的制备工艺，特别涉及一种单根多孔微米管结构的金属氧化物气敏材料及其制备方法、测试技术和应用。

背景技术

气体敏感材料（气敏材料）在空气污染控制、石油化工生产、矿山安全监控以及民用安全检测方面具有重要的应用价值。其中，金属氧化物是一类重要的半导体材料，其具有较好的气敏特性，因而作为气敏材料被广泛应用。气敏材料除成分调控外，结构的设计也是提升气敏性能的重要手段。近年来，一维微纳米管状结构以其丰富的物理化学性能，长径比高、比表面积大等特性，引起了广泛关注。此外，规则多孔的中空管结构可有效促进气体的扩散传输，增大反应面积，从而提高敏感度，并且加快响应速率。为进一步研究结构与性能的关系，提升气敏材料气体探测的性能，单根微纳米管结构的气敏材料也引起了科学界和工业界很大兴趣。

目前常见的金属氧化物微米管的制备方法是水热分解、热分解氧化、金属气相沉积、阳极电化学沉积、脉冲激光沉积、化学反应模板合成等，但合成具有精细结构的多孔微米管气敏材料仍然是一大难题。而反观自然界，蝶翅刚毛类作为一种天然的气体传感器，其精细的多孔管结构为我们人工制备气敏材料提供了丰富的灵感来源和优异的生物模板。

发明内容

本发明的目的是提供一种单根多孔微米管结构的气敏材料及其制备工艺、测试技术和应用，以解决现有技术中很难合成具有精细结构的多孔微米管气敏材料的缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种单根多孔微米管结构的气敏材料，所述的气敏材料化学成分为金属氧化物，其结构复制了蝶翅刚毛多孔管结构，其长度为200～1500微米，直径为1～5微米，孔径为100～600纳米，且其管壁上分布有规则排列的孔隙。

依据本发明较佳实施例所述的单根多孔微米管结构的气敏材料，所述金属氧化物为ZnO、SnO₂、TiO₂、Fe₂O₃。

一种单根多孔微米管结构的气敏材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）选取蝶翅，并选取所述蝶翅上刚毛富集的部分；

（2）对选定的刚毛富集的蝶翅部分进行去除无机盐和杂质的预处理；

（3）将预处理后的刚毛富集的蝶翅部分在室温下浸入前驱体溶液中，5～30h后取出，并进行冲洗、干燥，其中，所述前驱体溶液为金属盐溶液，冲洗可采用去离子水，但不仅限于去离子水；

（4）将刚毛从蝶翅鳞片基体上分离，转移至负载体上并均匀分散排布，在本发明较佳实施例中，所述负载体为盖玻片，但本发明所述的负载体不限于此；

（5）将所述负载体上的刚毛进行烧结，之后冷却至室温，即得到单根多孔微米管结构的气敏材料。该步骤中，冷却方式可为任何常用冷却方式，在本发明的较佳实施例中，冷却方式为随炉冷却。

依据本发明较佳实施例所述的单根多孔微米管结构的气敏材料的制备方法，所述蝶翅选自大紫蛱蝶蝶翅或绿带翠凤蝶蝶翅的一种。

依据本发明较佳实施例所述的单根多孔微米管结构的气敏材料的制备方法，所述对刚毛富集的蝶翅部分进行去除无机盐和杂质的预处理方法为：将所述刚毛富集的蝶翅部分浸于稀盐酸中，溶液中滴加若干滴有助于蝶翅浸润的有机试剂，进行浸泡清洗，之后取出冲洗并干燥。较佳地，所述有助于蝶翅浸润的有机试剂可为乙醇（较优为无水乙醇）、表面活性剂或助表面活性剂（如甘油等），浸泡清洗时间为1-8小时，冲洗可采用去离子水，但不仅限于去离子水。此外，预处理也可使用其它方式，凡是达到去除无机盐和杂质目的的方式均在本发明范围内。