一种用于检测低浓度丙酮的气敏材料制造技术

本发明专利技术公开了一种用于检测低浓度丙酮的气敏材料，属于气敏材料技术领域。该气敏材料组成是石墨烯量子点‑SnO2，其中：石墨烯量子点的质量占气敏材料总质量的5‑15％。以该材料作为敏感材料制成的旁热式气敏传感器，在270℃工作温度下，对0.1ppm丙酮的灵敏度(空气中元件电阻与被测气体中元件电阻比值)在1.2‑1.5之间，对1000ppm丙酮的灵敏度在100‑140之间。响应恢复时间均小于50s，该元件在相同工作温度下对1000ppm的甲醛、乙醇、甲苯、苯、三甲胺气体的灵敏度均低于4.1,因此可以实现对空气中低浓度丙酮的快速检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气敏材料
，具体涉及一种对空气中低浓度丙酮有高灵敏度和较好选择性的气敏材料。技术背景丙酮是一种无色透明液体，有特殊的辛辣气味。在工业上主要作为溶剂用于炸药、塑料、橡胶、纤维、制革、油脂、喷漆等行业中，也可作为合成烯酮、醋酐、碘仿、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸甲酯、氯仿、环氧树脂等物质的重要原料。丙酮对中枢神经系统有抑制、麻醉作用，高浓度接触对个别人可能出现肝、肾和胰腺的损害。我国规定工作作业场所和居住区空气中丙酮的限值分别是400mg/m3(约168ppm)和0.8mg/m3(约0.34ppm)。目前测定空气中丙酮浓度的方法主要采用气相色谱法，该方法需要较昂贵的仪器设备，采样分析需要耗费较长时间。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种气敏材料，该材料可用于制作气体传感器的气敏元件，制成的气体传感器对空气中低浓度丙酮有高灵敏度和较好选择性。为了解决以上技术问题，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。本专利技术提供了一种用于检测低浓度丙酮的气敏材料，该气敏材料由SnO2和石墨烯量子点组成，其中：石墨烯量子点的质量占气敏材料总质量的5-15％。所述石墨烯量子点的制备方法及过程是：首先，1.0800g氧化石墨分散于80mL二甲基甲酰胺(DMF)中超声30min。然后，将混合物转入聚四氟乙烯不锈钢反应釜中200℃反应8h。待反应后冷却至室温，用孔径0.22μm的滤膜抽滤，抽滤后的棕色滤液即为含有石墨烯量子点的溶液，收集棕色滤液待用。所述石墨烯量子点-SnO2复合材料制备过程是：不同体积的石墨烯量子点溶液分散于DMF中形成40mL溶液，超声30min。同时将0.7012g分析纯SnCl4·5H2O和0.2402g尿素加入到上述溶液中超声30min。最后将此溶液转移至50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中160℃,10h。反应完成冷至室温，将产物用去离子水和无水乙醇过滤洗涤五次，80℃干燥12h后得到石墨烯量子点-SnO2纳米复合材料。本专利技术的材料可以作为丙酮气体敏感元件的敏感材料，利用该材料制作旁热式气敏元件的方法是：将0.1克材料与0.5克松油醇混合研磨制成浆料，用小毛刷将浆料涂到氧化铝陶瓷管的表面；氧化铝陶瓷管的尺寸是：长6毫米，内径1.6毫米，外径2毫米，在氧化铝管两端用金奖作电极，电极上焊有金丝作为引线，电极之间距离是1毫米；在氧化铝管内放置镍铬合金丝作为加热丝，通过控制流过加热丝的电流和加热丝两端电压可以控制氧化铝管表面敏感材料的温度；将涂有敏感材料浆料的氧化铝管放在红外灯下烘干，即得到旁热式气敏元件。元件对某种气体的灵敏度是在工作温度下，元件在空气中电阻与元件在被测气体中电阻的比值。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术通过水热反应法在SnO2中掺入石墨烯量子点制成复合材料，以该材料作为敏感材料制成的旁热式气敏元件，可以实现空气中低浓度丙酮的快速检测。2、该气敏材料对空气中低浓度丙酮有高灵敏度和较好选择性。以该材料作为敏感材料制成的旁热式气敏元件，在工作温度为270℃时，元件对1000ppm丙酮达灵敏度达到100-140，对0.1ppm丙酮气体的灵敏度达到1.2-1.5，并且对0.1-1000ppm丙酮气体的响应和恢复时间分别不超过25s和50s。该元件在相同工作温度下对1000ppm的甲醛、乙醇、甲苯、苯、三甲胺气体的灵敏度均低于4.1。具体实施方式以下结合具体实施例详述本专利技术，但本专利技术不局限于下述实施例。实施例1将5mL石墨烯量子点溶液分散于35mL DMF中形成40mL溶液，超声30min。将0.7012g分析纯SnCl4·5H2O和0.2402g尿素加入到上述溶液中超声30min。最后将此溶液转移至50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中160℃,10h。反应完成冷至室温，将产物用去离子水和无水乙醇过滤洗涤五次，80℃干燥12h后得到石墨烯量子点-SnO2纳米复合材料。经热重分析复合材料中石墨烯量子点含量为5％wt。将材料制成旁热式元件，测得元件在270℃工作温度下对0.1、1、10、100、1000ppm丙酮气体的最高灵敏度分别为1.2、5.4、29、78、100。对0.1-1000pp的丙酮响应时间和恢复时间不超过20秒和45秒。该元件在相同工作温度下对1000ppm的甲醛、乙醇、甲苯、苯、三甲胺气体的灵敏度均低于3.5。实施例2将10mL石墨烯量子点溶液分散于30mL DMF中形成40mL溶液，超声30min。将0.7012g分析纯SnCl4·5H2O和0.2402g尿素加入到上述溶液中超声30min。最后将此溶液转移至50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中160℃,10h。反应完成冷至室温，将产物用去离子水和无水乙醇过滤洗涤五次，80℃干燥12h后得到石墨烯量子点-SnO2纳米复合材料。经热重分析复合材料中石墨烯量子点含量为9％wt。将材料制成旁热式元件，测得元件在270℃工作温度下对0.1、1、10、100、1000ppm丙酮气体的最高灵敏度分别为1.5、7.4、33、91、140。对0.1-1000pp的丙酮响应时间和恢复时间不超过25秒和50秒。该元件在相同工作温度下对1000ppm的甲醛、乙醇、甲苯、苯、三甲胺气体的灵敏度均低于4.1。实施例3将12mL石墨烯量子点溶液分散于28mL DMF中形成40mL溶液，超声30min。将0.7012g分析纯SnCl4·5H2O和0.2402g尿素加入到上述溶液中超声30min。最后将此溶液转移至50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中160℃,10h。反应完成冷至室温，将产物用去离子水和无水乙醇过滤洗涤五次，80℃干燥12h后得到石墨烯量子点-SnO2纳米复合材料。经热重分析复合材料中石墨烯量子点含量为11％wt。将材料制成旁热式元件，测得元件在270℃工作温度下对0.1、1、10、100、1000ppm丙酮气体的最高灵敏度分别为1.4、7.0、30、86、123。对0.1-1000pp的丙酮响应时间和恢复时间不超过23秒和48秒。该元件在相同工作温度下对1000ppm的甲醛、乙醇、甲苯、苯、三甲胺气体的灵敏度均低于3.8。实施例4将16mL石墨烯量子点溶液分散于24mL DMF中形成40mL溶液，超声30min。将0.7012g分析纯SnCl4·5H2O和0.2402g尿素加入到上述溶液中超声30min。最后将此溶液转移至50mL聚四氟乙烯不锈钢高压釜中160℃,10h。反应完成冷至室温，将产物用去离子水和无水乙醇过滤洗涤五次，80℃干燥12h后得到石墨烯量子点-SnO2纳米复合材料。经热重分析复合材料中石墨烯量子点含量为15％wt。将材料制成旁热式元件，测得元件在270℃工作温度下对0.1、1、10、100、1000ppm丙酮气体的最高灵敏度分别为1.3、6.7、28、80、112。对0.1-1000pp的丙酮响应时间和恢复时间不超过23秒和50秒。该元件在相同工作温度下对1000ppm的甲醛、乙醇、甲苯、苯、三甲胺气体的灵敏度均低于3.7。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测低浓度丙酮的气敏材料，其特征在于，该气敏材料由SnO2和石墨烯量子点组成，其中：石墨烯量子点的质量占气敏材料总质量的5‑15％。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测低浓度丙酮的气敏材料，其特征在于，该气敏材料由SnO2和...

【专利技术属性】
技术研发人员：储向峰，董永平，白林山，张俊，王晓玲，刘阳，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34