一种La2O3-WO3氧化物半导体丙酮气体传感器及其制备方法，属于气体传感器技术领域。由正面带有2个分立的L形金电极的Al2O3绝缘陶瓷板、涂覆在Al2O3绝缘陶瓷板正面和L形金电极上的半导体敏感材料、Al2O3绝缘陶瓷板背面带有的氧化钌加热层、在氧化钌加热层上设置的2个分立的矩形金电极组成；半导体敏感材料为La2O3-WO3氧化物半导体，厚度为10～30μm，该敏感材料是采用静电纺丝技术制备得到，经煅烧、涂覆、热压在2个L形金电极和Al2O3绝缘陶瓷板的正面。本发明专利技术所得到的传感器除了具有较高的灵敏度外，还具有较快的响应速度和较好的重复性。该传感器的检测下限为0.8ppm，可用于室内环境中丙酮气体含量的检测。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种La2O3-WO3，属于气体传感器
。由正面带有2个分立的L形金电极的Al2O3绝缘陶瓷板、涂覆在Al2O3绝缘陶瓷板正面和L形金电极上的半导体敏感材料、Al2O3绝缘陶瓷板背面带有的氧化钌加热层、在氧化钌加热层上设置的2个分立的矩形金电极组成；半导体敏感材料为La2O3-WO3氧化物半导体，厚度为10～30μm，该敏感材料是采用静电纺丝技术制备得到，经煅烧、涂覆、热压在2个L形金电极和Al2O3绝缘陶瓷板的正面。本专利技术所得到的传感器除了具有较高的灵敏度外，还具有较快的响应速度和较好的重复性。该传感器的检测下限为0.8ppm，可用于室内环境中丙酮气体含量的检测。【专利说明】-种La;0;-W0;氧化物半导体丙酬气体传感器及其制备方 法
本专利技术属于气体传感器
，具体设及一种La2〇3-W〇3氧化物半导体丙酬气体 传感器及其制备方法。
技术介绍
丙酬是一种易燃、易挥发、化学性质较活泼的有机物，在工业上丙酬主要作为溶剂 广泛用于炸药、塑料、橡胶、纤维、制革、油脂、喷漆等行业中。此外，丙酬也作为合成締酬、醋 酢、舰仿、聚异戊二締橡胶、甲基丙締酸、甲醋、氯仿、环氧树脂等物质的重要原料。 丙酬毒性为中毒，长时间接触会对人体的肝脏、肾脏、膜腺和神经系统产生严重 危害。另外，丙酬蒸气与空气混合可形成爆炸物，遇明火、高热极易燃烧爆炸，爆炸极限 2. 55%?12. 8% (体积），并且丙酬蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火 源会着火回燃。由此可见，对室内环境中丙酬气体的快速、及时、准确的检测是非常必要也 是非常重要的，该就需要借助于灵敏度高、响应恢复快、重复性好的丙酬传感器。 目前，国内外对丙酬气敏传感器的研究工作都处于起步程度，针对丙酬气体的专 口传感器还没有形成有效的产业化。限制此类传感器实用化的一个主要因素就是传感器的 灵敏度低、响应速度慢和重复性差。为了使传感器能够具有较高的灵敏度、较快的响应速度 和较好的重复性，可W使用高性能的敏感材料来实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用静电纺丝技术制备的La2〇3-W〇3氧化物半导体丙酬 传感器及其制备方法。本专利技术通过对半导体材料进行渗杂，增加传感器的灵敏度，提高传感 器的响应速度，改善传感器的重复性，促进此种传感器在气体检测领域的实用化。 本专利技术所得到的传感器除了具有较高的灵敏度外，还具有较快的响应速度和较好 的重复性。该传感器的检测下限为0. 8卵m，可用于室内环境中丙酬气体含量的检测。 如图1所示，本专利技术所述La2〇3-W〇3氧化物半导体丙酬传感器，由正面带有2个分 立的L形金电极5的Al2〇3绝缘陶瓷板1、涂覆在A1 2〇3绝缘陶瓷板1正面和L形金电极5 上的半导体敏感材料2、Al2〇3绝缘陶瓷板1背面带有的氧化钉加热层3、在氧化钉加热层3 上设置的2个分立的矩形金电极6组成；每个L形金电极5和每个矩形金电极6都通过金 浆分别焊接有1条销线4作为电极引线，通过其中的两条销丝4在2个分立的矩形金电极 6间施加电流，可W实现对传感器的加热；通过另外的两条销丝4测量在不同气氛下的2个 分立的L形金电极间的电阻，利用灵敏度S的定义公式S = Rg/Rg可计算得到传感器的灵敏 度；其特征在于；半导体敏感材料2为La2〇3-W〇3氧化物半导体，该敏感材料是采用静电纺丝 技术制备，经锻烧、涂覆、热压在2个L形金电极5和Al2〇3绝缘陶瓷板1的正面。 [000引本专利技术所述传感器利用La203-W03氧化物半导体作为敏感材料，一方面渗入La 203 改变了 W03纳米线的形貌特征，形成多孔结构；另一方面La 203会催化脱氨反应，该两方面都 会大幅提高气体与敏感材料的反应效率，进而提高传感器的灵敏度。此外，平板式传感器和 氧化物半导体的制作工艺简单，利于工业上批量生产。 本专利技术所述的La2〇3-W〇3氧化物半导体丙酬传感器的制备方法，其步骤如下： 1.首先将 0. 009 ?0. 045g La(N〇3)3 'e&CKO. 8g WCle、lg 聚己締化咯烧酬溶解在 4. 8?5. 2g二甲基甲酷胺、4. 8?5. 3g己醇和0. 4?0. 6g醋酸中，揽拌4?8小时形成溶 胶； 2.把上述溶胶装入静电纺丝装置中，收集板和喷丝口的距离为9?11cm，在喷丝 口上施加的电压为10?15kv，收集板接地，纺丝2?5小时，最后在收集板上得到纳米电纺 丝产物； [001引 3.将上述纳米电纺丝产物在450?500°C下锻烧2?5小时得到La2化-W03纳米 线敏感材料； 4.取正面带有2个分立的L形金电极5、背面带有氧化钉加热层3的绝缘Al2〇3陶 瓷板1，在氧化钉加热层3上设置有2个分立的矩形金电极6,每个L形金电极5和每个矩 形金电极6上都通过金浆分别焊接有1条销线4作为电极引线；将La2〇3-W〇3纳米线敏感材 料涂覆（放置）在Al2〇3陶瓷板1的正面，使用热压机在200?230°C下热压15?20分钟， 形成10?30 y m厚的敏感材料2,并使敏感材料完全覆盖2个L形金电极5 ;陶瓷板的长为 1. 3 ?1. 7mm，宽为 0. 8 ?1. 3mm，厚为 0. 08 ?0. 1 2mm ； 5.把绝缘AI2O3陶瓷板1在500?550°C烧结2?4小时；最后将上述器件按照通 用平板式气敏元件进行焊接和封装，从而得到本专利技术所述的La2〇3-W〇3氧化物半导体丙酬传 感器。 La2〇3-W〇3氧化物半导体丙酬传感器的敏感机理如下；当氧气分子与传感器接触时 吸附在敏感材料表面，氧气分子从W〇3和La 2〇3的导带中夺取电子，形成0 如式（1) - (3)。 〇2^〇2"理）(1) 〇2"理，+e 一 〇2_ (2) [001 引 02'+ e- w20- 做 当传感器温度低于150°C时发生（1)、（2)反应，吸附的氧分子形式存在；当 传感器温度在150?400°C范围，发生（1)、（2)和（3)反应，通过氧化钉加热层3使La2〇3-W〇3 氧化物半导体丙酬传感器的工作温度在200?400°C，所W吸附的氧分子W (T形式存在。当 氧化物半导体材料接触空气中的氧气时能带上弯，并且在表面形成耗尽层，传感器的电阻 升高。当传感器与丙酬接触时，丙酬会与半导体材料上的矿发生如下反应（4)、巧）、化） CH3COCH3+矿一 CH 3C+O+CH3矿+e- (4) CH3C+O - CH3++CO (5) [002引 C0+CT - C02+e^ (6)之前被氧分子夺走的电子会释放出来，重新回到WO3和LagOg 的导带中，半导体材料中的能带上弯程度减小，且之前形成耗尽层消失，传感器的电阻降 低。也为传感器在空气中接触氧气后的电阻，Rg为传感器接触丙酬后的电阻，测量传感器在 空气和丙酬中的电阻并通过传感器的灵敏度S定义公式；S = Rg/Rg，计算可得到传感器的灵 敏度。 本专利技术所述的气敏传感器的检测下限定义为灵敏度大于1. 2的最低气体浓度。通 过利用性能优良的敏感材料通过增加反应活性位点，提高与气体的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种La2O3‑WO3氧化物半导体丙酮气体传感器，由正面带有2个分立的L形金电极(5)的Al2O3绝缘陶瓷板(1)、涂覆在Al2O3绝缘陶瓷板(1)正面和L形金电极(5)上的半导体敏感材料(2)、Al2O3绝缘陶瓷板(1)背面带有的氧化钌加热层(3)、在氧化钌加热层(3)上设置的2个分立的矩形金电极(6)组成；每个L形金电极(5)和每个矩形金电极(6)都通过金浆分别焊接有1条铂线(4)作为电极引线；其特征在于：半导体敏感材料(2)为La2O3‑WO3氧化物半导体，厚度为10～30μm，该敏感材料是采用静电纺丝技术制备得到，经煅烧、涂覆、热压在2个L形金电极(5)和Al2O3绝缘陶瓷板(1)的正面。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：卢革宇，冯昌浩，孙彦峰，孙鹏，郑杰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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