一種用于檢測(cè)低濃度乙醛的氣敏材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對(duì)乙醛氣體高靈敏度的新型氣敏材料，屬于氣敏材料【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明以SnO2為基料，通過溶劑熱反應(yīng)法(乙醇作溶劑)在SnO2中摻入Sb2O3和石墨烯，其中SnO2與Sb2O3的摩爾比是8-10之間，摻入石墨烯的量為SnO2和Sb2O3質(zhì)量之和的0.08-1.0％。以該材料作為敏感材料制成的旁熱式氣敏傳感器，在25℃工作溫度下，對(duì)0.1ppm乙醛的靈敏度(空氣中元件電阻與被測(cè)氣體中元件電阻比值)在1.3-1.5之間，對(duì)1000ppm乙醛的靈敏度在60-70之間。
【專利說明】—種用于檢測(cè)低濃度乙醛的氣敏材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣敏材料,該材料用于制作氣體傳感器，制成的氣體傳感器對(duì)空氣中低濃度乙醛有高靈敏度和較好選擇性。
技術(shù)背景
[0002]乙醛的一般毒性主要表現(xiàn)為對(duì)皮膚、眼睛和上呼吸道粘膜的直接刺激作用，使痰增多，眼充血紅腫，引起過敏、頭痛等。吸入高濃度的乙醛則會(huì)引起窒息，甚至呼吸麻痹而死亡。乙醛能夠與DNA共價(jià)結(jié)合形成加合物，引起DNA鏈間交聯(lián)及DNA斷裂等，乙醛還影響胚胎的發(fā)育。隨著生活水平的提高和衛(wèi)生意識(shí)的增強(qiáng)，人們?cè)絹碓疥P(guān)注乙醛的存在。準(zhǔn)確檢測(cè)空氣中乙醛，對(duì)于保護(hù)人體健康有十分重要的意義。
[0003]目前檢測(cè)室內(nèi)或車間空氣中乙醛的方法主要是氣相色譜法、分光光度法、高效液相色譜法和化學(xué)發(fā)光法等，這些方法需要比較復(fù)雜、昂貴的儀器。金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器由于價(jià)格低廉、易于制作、可以實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)而受到廣泛重視。Yasuhiro Shimizu等(Journal of The Electrochemical Society, 146 (3) 1222-1226 (1999))在二氧化錫中慘Λ 0.1wt % Rh，材料制成元件在350°C工作溫度下對(duì)40ppm乙醛的靈敏度的靈敏度(空氣中元件電阻與被測(cè)氣體中元件電阻比值)達(dá)到2倍。Jae-Mok Jun等(Bull.Korean Chem.Soc.32(6) 1865-1872(2011))在 W03 中摻入 5wt% Sn02 和 Iwt % Ru，制成厚膜元件在 300°C工作溫度下對(duì)10ppm乙醛靈敏度達(dá)到10。目前文獻(xiàn)報(bào)道的金屬氧化物半導(dǎo)體乙醛敏感材料及其傳感器的工作溫度和檢出限偏高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于檢測(cè)空氣中乙醛濃度的氣體敏感材料，以期提高乙醛氣體傳感器對(duì)低濃度乙醛的檢測(cè)能力、降低傳感器的工作溫度和對(duì)乙醛的最低檢出限。
[0005]本發(fā)明的氣敏材料是以SnO2為基料，通過溶劑熱反應(yīng)法(乙醇作溶劑)在SnO2中摻入Sb2O3和石墨烯，其中SnO2與Sb2O3的摩爾比是8-10之間，摻入石墨烯的量為SnO2和Sb2O3質(zhì)量之和的0.08-1.0%。
[0006]該材料用溶劑熱法制備，即按照一定摩爾比將四氯化錫、三氯化銻溶解在乙醇中，將一定量的石墨烯加入到上述混合溶液中，超聲分散I小時(shí)，然后邊攪拌邊逐滴加入NaOH乙醇溶液，NaOH的摩爾數(shù)等于4倍的四氯化錫摩爾數(shù)與3倍的三氯化銻摩爾數(shù)之和，將混合物轉(zhuǎn)移至帶聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在100-140°C保溫8-24小時(shí)，讓反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將產(chǎn)物過濾、用去離子水和乙醇洗滌至濾液中檢不出氯離子，在60°C真空干燥，即得到氣敏材料。
[0007]本發(fā)明的材料可以作為乙醛氣體敏感元件的敏感材料,利用該材料制作旁熱式氣敏元件的方法是:將0.1克材料與0.5克松油醇混合研磨制成漿料，用小毛刷將漿料涂到氧化鋁陶瓷管的表面；氧化鋁陶瓷管的尺寸是:長6毫米，內(nèi)徑1.6毫米，外徑2毫米，在氧化鋁管兩端用金獎(jiǎng)作電極，電極上焊有金絲作為引線，電極之間距離是I毫米；在氧化鋁管內(nèi)放置鎳鉻合金絲作為加熱絲，通過控制流過加熱絲的電流和加熱絲兩端電壓可以控制氧化鋁管表面敏感材料的溫度；將涂有敏感材料漿料的氧化鋁管放在紅外燈下烘干，即得到旁熱式氣敏元件。元件對(duì)某種氣體的靈敏度是在工作溫度下，元件在空氣中電阻與元件在被測(cè)氣體中電阻的比值。元件對(duì)乙醛的最低檢出限達(dá)到0.lppm，而且對(duì)室內(nèi)常見污染氣體100ppm乙醒、100ppm氨氣、100ppm苯的靈敏度均低于3。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面以具體實(shí)施例說明材料對(duì)乙醛的高靈敏度、低檢出限和良好選擇性。
[0009]實(shí)施例1
[0010]將0.75ml濃度為lmg/ml的石墨烯乙醇懸浮液加入到30ml乙醇中超聲分散I小時(shí)后加入Iml濃鹽酸攪拌，分別加入0.0005mol SbCl3和0.0045mol SnCl4,攪拌溶解后繼續(xù)超聲分散I小時(shí)，邊攪拌邊逐滴加入1ml濃度為1.95mol/L的NaOH的乙醇溶液，攪拌10分鐘后，將混合物轉(zhuǎn)移至容積為50ml帶聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在100°C保溫10小時(shí)，讓反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將產(chǎn)物過濾、用去離子水和乙醇洗滌至濾液中檢不出氯離子，在60°C真空干燥，即得到氣敏材料(材料中Sn/Sb的摩爾比是9，摻入石墨烯的量為SnO2和Sb2O3質(zhì)量之和的0.1% )0
[0011]將材料制成旁熱式元件，測(cè)得元件在20 °C工作溫度下對(duì)0.lppm、lppm、lOppm、lOOppm、100ppm乙醛的靈敏度分別為1.4,2.0,5.1、10、65。而相同工作溫度下對(duì)100ppm的乙醛和10ppm苯的靈敏度只有1.3和1.9。對(duì)0.1-1OOOpp的乙醛響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間均不超過30秒。
[0012]實(shí)施例2
[0013]將0.55ml濃度為lmg/ml的石墨烯乙醇懸浮液加入到30ml乙醇中超聲分散I小時(shí)后加入Iml濃鹽酸攪拌，分別加入0.0005mol SbCl3和0.004mol SnCl4,攪拌溶解后繼續(xù)超聲分散I小時(shí)，邊攪拌邊逐滴加入1ml濃度為1.75mol/L的NaOH的乙醇溶液，攪拌10分鐘后，將混合物轉(zhuǎn)移至容積為50ml帶聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在120°C保溫16小時(shí)，讓反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將產(chǎn)物過濾、用去離子水和乙醇洗滌至濾液中檢不出氯離子，在60°C真空干燥，即得到氣敏材料(材料中Sn/Sb的摩爾比是8，摻入石墨烯的量為SnO2和Sb2O3質(zhì)量之和的0.08% )。
[0014]將材料制成旁熱式元件，測(cè)得元件在20 °C工作溫度下對(duì)0.lppm、lppm、lOppm、lOOppm、100ppm乙醛的靈敏度分別為1.3、1.9,5.0,9.0、60。而相同工作溫度下對(duì)100ppm的乙醛和10ppm苯的靈敏度只有1.2和1.8。對(duì)0.1-1OOOpp的乙醛響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間均不超過35秒。
[0015]實(shí)施例3
[0016]將8.3ml濃度為lmg/ml的石墨烯乙醇懸浮液加入到22ml乙醇中超聲分散I小時(shí)后加入Iml濃鹽酸攪拌，分別加入0.0005mol SbCl3和0.005mol SnCl4,攪拌溶解后繼續(xù)超聲分散I小時(shí)，邊攪拌邊逐滴加入1ml濃度為2.15mol/L的NaOH的乙醇溶液，攪拌10分鐘后，將混合物轉(zhuǎn)移至容積為50ml帶聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在140°C保溫24小時(shí)，讓反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將產(chǎn)物過濾、用去離子水和乙醇洗滌至濾液中檢不出氯離子，在60°C真空干燥，即得到氣敏材料(材料中Sn/Sb的摩爾比是10，摻入石墨烯的量為SnO2和Sb2O3質(zhì)量之和的1% )0
[0017] 將材料制成旁熱式元件，測(cè)得元件在20 °C工作溫度下對(duì)0.lppm、lppm、lOppm、lOOppm、100ppm乙醛的靈敏度分別為1.5、2.2、5.8、11、70。而相同工作溫度下對(duì)100ppm的乙醛和10ppm苯的靈敏度只有1.4和2.0。對(duì)0.1-1OOOpp的乙醛響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間均不超過40秒。
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測(cè)低濃度乙醛的氣敏材料，其特征在于，該材料是在SnO2中摻雜Sb2O3和石墨烯的復(fù)合材料，其中=Sn與Sb的摩爾比為8?10，石墨烯的質(zhì)量為SnO2和Sb2O3質(zhì)量之和的0.08?1.0%。
【文檔編號(hào)】G01N27/04GK104198540SQ201410478950
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】?jī)?chǔ)向峰, 白林山, 胡如雪, 祝歡, 余曉云 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)
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