一种锰掺杂氧化铟气敏材料的快速制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锰掺杂氧化铟气敏材料的快速制备方法，是针对氧化铟气体传感器材料相对落后的情况，采用硝酸铟、醋酸锰、二甘醇为原料，经溶剂热合成、洗涤、抽滤、真空干燥，制成锰掺杂氧化铟气敏材料，此制备方法工艺先进、制备快速、数据精确翔实，产物纯度好、性能稳定，是先进的锰掺杂氧化铟气敏材料的快速制备方法。

A rapid preparation method of Mn doped indium oxide gas sensing material

The invention relates to a rapid preparation method of manganese-doped indium oxide gas sensing material. In view of the relatively backward situation of indium oxide gas sensor material, indium nitrate, manganese acetate and diethylene glycol are used as raw materials to prepare manganese-doped indium oxide gas sensing material by solvothermal synthesis, washing, filtering and vacuum drying. Advanced technology, rapid preparation, accurate and accurate data, product purity is good, stable performance, is an advanced manganese-doped indium oxide gas-sensing material rapid preparation method.

【技术实现步骤摘要】
一种锰掺杂氧化铟气敏材料的快速制备方法
本专利技术涉及一种锰掺杂氧化铟气敏材料的快速制备方法，属传感器材料的制备及应用的

技术介绍
甲醛是一种有机化工原料，在建材、纺织、化工、医药、农药等诸多领域中得到应用量巨大，但含有甲醛的材料在使用过程中会释放游离甲醛，严重危害人类健康；甲醛具有生殖毒性，能降低免疫力，对动物具有致畸、致突、致癌作用，对皮肤、眼睛和呼吸道具有强烈的刺激作用，对中枢神经系统具有麻醉作用，低浓度的甲醛可导致结膜炎、鼻炎、咽炎，甲醛浓度高时可发生喉痉挛、肺水肿、肺炎，甚至引起死亡；目前，世界卫生组织已将甲醛列为潜在危险致癌物与重要的环境污染物，且规定室内甲醛的最高容许浓度不得超过80ppb，我国也规定了居室空气中甲醛的最高容许浓度60ppb的标准；此外，甲醇作为汽车代用燃料会产生内燃机排气污染的环境保护问题，其中甲醛就是甲醇燃料的一种主要排放物。目前，气体传感器的研究一直不断深化，纳米技术的发展是提高气体传感器的性能的契机；日本九州大学的N.Yamazoe研究组提出敏感材料的识别功能、转换功能和敏感体的利用率决定了氧化物半导体气体传感器的灵敏程度；研究发现异质元素掺杂的半导体复合氧化物可以明显改善传感器的灵敏度和选择性，因为异质金属离子能够促进气敏材料载流子的迁移率，提高其转换功能，异质金属掺杂剂在氧化还原反应中可起到催化作用，从而提高选择性，改善器件的识别功能；团簇结构的纳米材料具有较高的比表面积，丰富的孔结构，可以显著提高敏感材料的利用率；异质金属掺杂的团簇结构的氧化物半导体气体传感器的设计和制备应用前景十分广阔。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是针对
技术介绍
的状况，采用硝酸铟、醋酸锰、二甘醇为原料，制备团簇结构的锰掺杂氧化铟纳米敏感材料，并在甲醛传感器中得到应用，以提高纳米敏感材料的精度、纯度，扩展甲醛传感器的使用范围。技术方案本专利技术使用的化学物质材料为：硝酸铟、醋酸锰、二甘醇、α-松油醇、去离子水、无水乙醇，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位制备方法如下：(1)、精选化学物质材料对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：(2)、水热合成制备锰掺杂氧化铟锰掺杂氧化铟的水热合成是在反应釜内进行的，是在加热炉内加热、保温过程中完成的；①、配制反应溶液称取硝酸铟0.76g±0.001g，醋酸锰0.01g±0.001g、量取二甘醇35mL±0.001mL、去离子水2mL±0.001mL，加入烧杯中；用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌时间30min后转移至聚四氟乙烯容器中，成反应溶液；②、将盛有混合反应溶液的聚四氟乙烯容器置于反应釜中，并密闭；③、将反应釜置于加热炉中加热，加热温度200℃±2℃，加热时间24h；④、水热合成反应后停止加热，使反应釜随加热炉冷却至25℃，成混合反应溶液；⑤、离心分离，将混合反应溶液置于离心分离管内，进行离心分离，分离转数10000r/min，离心分离时间为10min，分离后留存沉淀物，弃去分离液；⑥、洗涤、抽滤；将分离后的沉淀物置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min，成洗涤液；将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液，反复进行5次；将分离后的沉淀物置于烧杯中，加入无水乙醇100mL，搅拌洗涤5min，成洗涤液；将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液，洗涤、抽滤重复进行5次；⑦、真空干燥；将滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度80℃，真空度2Pa，干燥时间10h，成锰掺杂氧化铟气敏材料；(3)、研磨、过筛将制成的锰掺杂氧化铟气敏材料用玛瑙研钵、研棒进行研磨，然后用650目筛网过筛；研磨、过筛反复进行；研磨过筛后为纳米级锰掺杂氧化铟气敏材料；(4)、检测、分析、表征对制备的锰掺杂氧化铟气敏材料的形貌、色泽、化学物理性能进行检测、分析、表征；用透射电子显微镜进行形貌分析；用X射线衍射仪进行晶体结构分析；用气敏分析仪进行气敏特性分析；结论：锰掺杂氧化铟气敏材料为淡黄色纳米级粉体，团簇结构直径≤60nm，组成晶粒直径≤10nm，产物纯度达99.5％，对200ppm甲醛气体的灵敏度为46.8；(5)储存对制备的锰掺杂氧化铟气敏材料储存于棕色透明的玻璃容器内，密闭避光保存，要防水、防热、防酸碱盐侵蚀、储存温度20℃，相对湿度10％。有益效果本专利技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，是针对氧化铟气体传感器材料相对落后的情况，采用硝酸铟、醋酸锰、二甘醇为原料，经溶剂热合成、洗涤、抽滤、真空干燥、制成锰掺杂氧化铟气敏材料，此制备方法工艺先进，制备快速，数据精确翔实，产物纯度好，性能稳定，是先进的锰掺杂氧化铟气敏材料的快速制备方法。附图说明图1、锰掺杂氧化铟水热合成状态图图2、锰掺杂氧化铟气敏材料形貌图图3、锰掺杂氧化铟气敏材料X射线衍射强度图谱图4、锰掺杂氧化铟气敏材料在180℃对100ppm的6种不同气体的响应值对比图图5、锰掺杂氧化铟气敏材料对100ppm甲醛气体的响应值与工作温度关系曲线图6、锰掺杂氧化铟气敏材料在最佳工作温度下，对不同浓度甲醛气体的灵敏度值图中所示，附图标记清单如下：1、加热炉，2、炉盖，3、炉座，4、工作台，5、反应釜，6、聚四氟乙烯容器，7、混合溶液，8、显示屏，9、指示灯，10、电源开关，11、加热温度控制器，12、加热时间控制器，13、炉腔，14、釜盖。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步说明：图1所示，为锰掺杂氧化铟溶剂热合成状态图，各部位置、连接关系要正确，按序操作。制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升为计量单位。加热炉1呈矩形，加热炉1的下部为炉座3，上部为炉盖2；在加热炉1内为炉腔13，在炉腔13中间部位为工作台4，在工作台4上部为反应釜5，反应釜5内为聚四氟乙烯容器6，在聚四氟乙烯容器6内为混合溶液7；反应釜5上部由釜盖14盖住；在炉座3上设有显示屏8、指示灯9、电源开关10、加热温度控制器11、加热时间控制器12。图2所示，为锰掺杂氧化铟气敏材料形貌图，图中所示，所得样品均为纳米颗粒组成的团簇结构，纳米颗粒的直径为≤10nm，团簇结构的直径为≤60nm。图3所示，为锰掺杂氧化铟气敏材料X射线衍射强度图谱，图中所示，各衍射峰位置和相对强度均与氧化铟相吻合，且衍射图谱中没有其他衍射杂峰，说明制备的锰掺杂氧化铟气敏材料的物相是纯的。图4所示，为锰掺杂氧化铟在180℃对100ppm的6种不同气体的响应值对比图，锰掺杂氧化铟对大部分气体的灵敏度值都不高，而对甲醛的灵敏度值特别高，分别为酒精、丙酮、甲苯、甲醇和苯气体的2.4、3.0、5.7、7.0、8.8倍。图5所示，为锰掺杂氧化铟气敏材料对100ppm甲醛气体的响应值与工作温度关系曲线，图中可见，传感器最佳工作温度为180℃，灵敏度为24.6。图6所示，为锰掺杂氧化铟气敏材料在最佳工作温度下，对不同浓度甲醛气体的灵敏度值，图中可见：钼掺杂氧化钨气敏材料在180℃条件下对不同浓度50ppb、100ppb、500ppb、1ppm、10ppm、50ppm、100ppm、200ppm、400ppm、600ppm、800ppm、1000p本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锰掺杂氧化铟气敏材料的快速制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：硝酸铟、醋酸锰、二甘醇、α‑松油醇、去离子水、无水乙醇，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位

【技术特征摘要】
1.一种锰掺杂氧化铟气敏材料的快速制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：硝酸铟、醋酸锰、二甘醇、α-松油醇、去离子水、无水乙醇，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位制备方法如下：(1)、精选化学物质材料对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：(2)、水热合成制备锰掺杂氧化铟锰掺杂氧化铟的水热合成是在反应釜内进行的，是在加热炉内加热、保温过程中完成的；①、配制反应溶液称取硝酸铟0.76g±0.001g、醋酸锰0.01g±0.001g，量取二甘醇35mL±0.001mL、去离子水2mL±0.001mL，加入烧杯中；用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌时间30min后转移至聚四氟乙烯容器中，成反应溶液；②、将盛有混合反应溶液的聚四氟乙烯容器置于反应釜中，并密闭；③、将反应釜置于加热炉中加热，加热温度200℃±2℃，加热时间24h；④、水热合成反应后停止加热，使反应釜随加热炉冷却至25℃，成混合反应溶液；⑤、离心分离，将混合反应溶液置于离心分离管内，进行离心分离，分离转数10000r/min，离心分离时间为10min，分离后留存沉淀物，弃去分离液；⑥、洗涤、抽滤；将分离后的沉淀物置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min，成洗涤液；将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液，反复进行5次；将分离后的沉淀物置于烧杯中，加入无水乙醇100mL，搅拌洗涤5min，成洗涤液；将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永娇，陈琳，胡杰，王文达，李朋伟，李刚，张文栋，陈勇，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14