工作于室温的金属氧化物基乙醇气敏传感器制备方法技术

本发明专利技术公开一种工作于室温的金属氧化物基乙醇气敏传感器制备方法，主要步骤包括：首先制备3D花状ZnSnO3前驱体ZnSn(OH)6，并在40℃下烘干；依次称取ZnSn(OH)6和nano‑TiO2，加入去离子水，先磁力搅拌、然后超声分散使二者均匀混合，最后在40℃下再磁力搅拌，使水挥发浓缩处理成糊状物；然后采用甩胶法在叉指电极上涂覆上述糊状物，使其成膜，然后在40℃条件下烘干；最后将上述涂膜电极在高温中热处理，前驱体ZnSn(OH)6在高温下脱水形成ZnSnO3，在脱水过程中并与nano‑TiO2键合形成化学吸附，形成nano‑TiO2/ZnSnO3复合物。

Preparation of Metal Oxide-based Ethanol Gas Sensor Working at Room Temperature

The invention discloses a preparation method of metal oxide-based ethanol gas sensor working at room temperature. The main steps include: firstly, preparing 3D flower-like ZnSnO3 precursor ZnSn (OH) 6 and drying it at 40 degrees Celsius; secondly, weighing ZnSn (OH) 6 and nano titania, adding deionized water, magnetic stirring first, then ultrasonic dispersion to make them uniformly mix, and finally, magnetic stirring at 40 degrees Celsius, to make the water swing. The coated electrodes were heat treated at high temperature, and the precursor ZnSn(OH)6 was dehydrated at high temperature to form ZnSnO 3. During the dehydration process, the precursor ZnSnO 3 was chemically adsorbed by bonding with nano-titanium dioxide to form nano-titanium dioxide/ZnSnO 3 composite.

【技术实现步骤摘要】
工作于室温的金属氧化物基乙醇气敏传感器制备方法
本专利技术属于半导体气敏传感器领域，特别涉及一种能在室温下工作且气敏性能优良的金属氧化物基乙醇气敏传感器制备方法。
技术介绍
人类生活的环境与周围空气息息相关，一些危险气体(如煤气、天然气、液化气等)在给人们生活带来极大便利的同时，其安全性也不容忽视，危险气体引发的爆炸、火灾、中毒等事故警醒着人们对危险气体的有效监控与防范的重要性。气敏传感器便可以帮助人们来监测环境中的特定危险气体，预防危险事故的发生；而金属氧化物半导体气敏传感器因气敏材料较易制备、环保等优点受到国内外的广泛关注与研究。偏锡酸锌(ZnSnO3)是一种具有钙钛矿结构的三元复合金属氧化物半导体，兼具ZnO和SnO2两种材料的优点，表现出优异的气敏性能和热稳定性。但与二元金属氧化物半导体(如WO3、ZnO、SnO2)材料一样，ZnSnO3气敏传感器须工作在200℃以上才能实现良好的气敏性能，这严重限制了它在易燃、易爆等危险气体中的应用。针对这一问题，本专利技术在ZnSnO3中引入紫外光敏材料nano-TiO2，并在紫外光作用下，通过改变所制备传感器的气敏机理，研制出一种能在室温下工作的乙醇传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工作于室温的金属氧化物基乙醇气敏传感器制备方法，降低ZnSnO3气敏传感器的工作温度。本专利技术为解决
技术介绍
中提出的技术问题，采用的技术方案是：工作于室温的金属氧化物基乙醇气敏传感器制备方法，包括如下步骤：1)制备3D花状ZnSnO3前驱体ZnSn(OH)6，并在40℃下烘干；2)依次称取ZnSn(OH)6和nano-TiO2，加入去离子水，先磁力搅拌、然后超声分散使二者均匀混合，最后在40℃下再磁力搅拌，使水挥发浓缩处理成糊状物；3)采用甩胶法在叉指电极上涂覆上述糊状物，使其成膜，然后在40℃条件下烘干；4)将上述涂膜电极在高温中热处理，前驱体ZnSn(OH)6在高温下脱水形成ZnSnO3，在脱水过程中并与nano-TiO2键合形成化学吸附，形成nano-TiO2/ZnSnO3复合物。本专利技术所述步骤2)中nano-TiO2与ZnSn(OH)6粉末质量比m2/m1为20％。有益效果：1、紫外光照射叉指电极上的nano-TiO2/ZnSnO3复合物，改变ZnSnO3传感器的气敏机理，使其在室温下就具有良好的气敏性能。2、本专利技术降低ZnSnO3气敏传感器的工作温度，且气敏传感器在室温下就能获得较好的气敏性能。附图说明图1是本专利技术中气敏元件示意图(a)与气敏传感器结构示意图(b)；图2是本专利技术在室温下的气体响应曲线，插图为该气敏传感器所用nano-TiO2/ZnSnO3复合物形貌图；图3是本专利技术气敏传感器在室温工作时的气敏性能：(a)不同乙醇浓度环境中的响应-恢复特性曲线(b)在乙醇浓度为10ppm时的响应-恢复特性曲线；具体实施方式以下结合具体实施例和附图对本专利技术做进一步说明。以3D花状ZnSnO3作为气敏材料，用紫外光敏材料nano-TiO2，对其进行修饰，制备出在室温下(25℃)就具有优良气敏性能的乙醇气敏传感器。(1)按照本课题组专利技术专利CN201810304991.0中的方法制备3D花状ZnSnO3前驱体ZnSn(OH)6粉末；(2)按质量比m1:m2:m3＝5:1:250分别称取3D花状ZnSn(OH)6粉末、nano-TiO2、去离子水置于烧杯中，然后磁力搅拌20min混合均匀，随后再超声分散30min，最后在加热条件下(40℃)再磁力搅拌，使混合液中的多余水分挥发浓缩处理成糊状物；(3)采用甩胶法(速度50r/s)将步骤(2)中的糊状物均匀涂覆在金线叉指电极上，并在40℃条件下烘干成膜；(4)将步骤(3)中的成膜叉指电极于500℃下高温热处理2h，在此过程中，前驱体ZnSn(OH)6在高温下脱水形成ZnSnO3，并与nano-TiO2键合形成化学吸附，形成nano-TiO2/ZnSnO3复合物，如图2插图所示，所制备的3D花状ZnSnO3颗粒为微米级。涂有TiO2/ZnSnO3复合物的叉指电极即为气敏传感器的核心部件，如图1(a)所示。(5)将步骤(4)制得的气敏传感元件按图1(b)进行组装，其中波长365nm的LED紫外灯与气敏传感元件距离为2cm；按照图1(b)所示将气敏传感器元件接100V电压、LED紫外灯接5V电压，打开紫外灯控制开关，所制备传感器即可工作。TiO2/ZnSnO3复合物气敏传感器测试表明：当nano-TiO2与3D花状ZnSn(OH)6粉末质量比m2/m1为20％时，在1000ppm乙醇气体浓度下，该气敏传感器在室温时的响应值Ra/Rg达到最大，为36.6，如图2所示，此时的质量比为最佳配比；针对TiO2/ZnSnO3复合物最佳配比时的气敏传感器，进一步测试表明，室温时该气敏传感器在不同乙醇气体浓度下的响应-恢复特性如图3(a)所示，且在最10ppm时，所制备的气敏传感器响应和恢复时间分别为4s和17s，如图3(b)所示。综上所述，在紫外光敏材料nano-TiO2和紫外光的协助下，能降低ZnSnO3气敏传感器的工作温度，使其在室温下就具有良好的气敏性能。这种方法可推广应用于其它低温气敏传感器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.工作于室温的金属氧化物基乙醇气敏传感器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制备3D花状ZnSnO3前驱体ZnSn(OH)6，并在40℃下烘干；2)依次称取ZnSn(OH)6和nano‑TiO2，加入去离子水，先磁力搅拌、然后超声分散使二者均匀混合，最后在40℃下再磁力搅拌，使水挥发浓缩处理成糊状物；3)采用甩胶法在叉指电极上涂覆上述糊状物，使其成膜，然后在40℃条件下烘干；4)将上述涂膜电极在高温中热处理，前驱体ZnSn(OH)6在高温下脱水形成ZnSnO3，在脱水过程中并与nano‑TiO2键合形成化学吸附，形成nano‑TiO2/ZnSnO3复合物。

【技术特征摘要】
1.工作于室温的金属氧化物基乙醇气敏传感器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制备3D花状ZnSnO3前驱体ZnSn(OH)6，并在40℃下烘干；2)依次称取ZnSn(OH)6和nano-TiO2，加入去离子水，先磁力搅拌、然后超声分散使二者均匀混合，最后在40℃下再磁力搅拌，使水挥发浓缩处理成糊状物；3)采用甩胶法在叉指电极上涂覆上述糊状物，使其成膜，然后在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀宇，李亨，朱宣同，夏梦真，傅惠，刘颜鹏，丁伯楠，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12