一种用于甲醛选择性吸附的微孔中空氧化镍气敏传感材料和器件及制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于甲醛选择性吸附的微孔中空氧化镍气敏传感材料及制备和应用，将纳米纤维素分散于去离子水中与分散剂的混合溶液中，完全分散后加入镍前驱体和缓释沉淀剂六甲基四胺，将盛有溶液的烧杯放入干燥箱加热进行反应，得到绿色沉淀经清洗干燥后放入坩埚高温煅烧，得到微孔中空氧化镍气敏传感材料。本发明专利技术的优点在于制备方法简单，反应温度低，无需复杂的后续处理条件即可获得氧化镍微孔空心球，该发明专利技术制备的氧化镍可用于空气中甲醛气体的选择性检测。

Microporous hollow nickel oxide gas sensing material and device for selective adsorption of formaldehyde and preparation and application thereof

The invention discloses a method for preparation and application of formaldehyde selective adsorption of nickel oxide hollow microporous gas sensing material and preparation, nano cellulose dispersed in deionized water and dispersant in the mixed solution, completely dispersed after adding nickel precursors and release precipitating agent six methyl four amine, put the beaker in the dry solution the heating box was obtained after cleaning and drying after the green precipitate in a crucible high-temperature calcination, nickel oxide hollow microporous gas sensing material. The invention has the advantages of simple preparation method, low reaction temperature, oxide porous nickel hollow spheres without complex processing conditions, the nickel oxide prepared by the invention can be used for the selective detection of formaldehyde gas in the air.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气敏传感器件及其制作方法，特别是涉及一种用于甲醛选择性吸附的微孔中空氧化镍气敏传感材料及制备和应用。
技术介绍
氧化镍空心球由于具有可调的孔道结构、高比表面积和较强的离子交换性能，有利于反应物在催化过程中在活性位进行反应，对乙醇、丙酮、甲醛等气体的探测方面显示了极大地应用前景，然而较早的研究在工作温度、检测限、抗干扰性方面都不如人意。多孔中空球结构与其它纳米结构相比，在相同体积下具有更大的比表面积和更多的扩散通道，从而拥有更高的敏感性和快速响应能力。另外，从分子筛和多孔膜的研究经验表明，当孔的直径处于某一范围时，可以对气体分子起到动力学筛分的作用，运动直径大的分子通过率要比小分子通过率要低。甲醛的动力学直径为0.243nm，较其它干扰气体如甲醇(0.36)、乙醇(0.45)、丙酮（0.469）、苯（0.585）等要小得多。理论上当孔径在0.24和0.36nm之间时将只允许甲醛分子通过从而实现100%的选择率，但制备难度很高，而且也非必要，控制在0.5-0.6nm（1nm以下微孔级别）即能对室内空气分子进行有效筛分。就我们所知目前还没有合成NiO多孔中空球结构的报导。本专利技术提出了一种可以对甲醛具有选择性吸附的NiO传感器，利用空气中甲醛气体尺寸低于其他干扰气体的尺寸的特点，通过对NiO空心球体表面气孔尺寸的控制，对室内空气进行有效的筛分的新思路，为市场提供一种优质并具有气体选择性的气敏传感器材料及器件。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种用于甲醛选择性吸附的微孔中空氧化镍气敏传感材料及制备和应用。氧化镍微孔空心球是利用纳米纤维素作为模板，利用易溶于水镍盐做前驱体，Ni2+与COO-基形成配位结构，加热条件下六甲基酰胺提供OH-，通过调控前驱体的浓度、比例、反应温度等条件，制备微孔空心球的氧化镍。一种用于甲醛选择性吸附的微孔中空氧化镍气敏传感材料的制备方法，其特征在于，将纳米纤维素分散于去离子水中与分散剂的混合溶液中，完全分散后加入镍前驱体和缓释沉淀剂六甲基四胺，将盛有溶液的烧杯放入干燥箱加热进行反应，得到绿色沉淀经清洗干燥后放入坩埚高温煅烧，得到微孔中空氧化镍气敏传感材料。纳米纤维素的直径和长度为50nm，加入去离子水中，再加入分散剂；分散剂是二甲基亚砜（DMSO）、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)中的一种。分散的方法为磁力搅拌器进行搅拌，搅拌时间为20min，纳米纤维素的质量分数5%。在60-95℃温度下恒温加热，反应时间为5-24h。待烧杯温度降至室温，将绿色悬浮液用酒精和水离心清洗3-5次。将沉淀的绿色粉体放入马弗炉中，在空气条件下煅烧2～10小时，升温速率为3～10℃/min，加热范围为300～600℃，得到微孔空心球氧化镍粉体待用。镍前驱体为硫酸镍、氯化镍、六水合硝酸镍或草酸镍的一种。在混合液中，按照摩尔比Ni：六亚甲基四胺（HMTA）=（2-0.5）：1。一种用于甲醛选择性吸附的微孔中空氧化镍气敏传感材料，其特征在于，根据上述任一所述方法制备得到。一种用于甲醛选择性吸附的微孔中空氧化镍气敏传感材料在空气中甲醛气体的检测中的应用。氧化铝陶瓷管用去离子水、丙酮、氯仿清洗干净，烘干备用；将制备的微孔中空氧化镍气敏传感材料的悬浮液均匀涂抹在氧化铝陶瓷管上，将陶瓷管进行封装；在200℃-300℃下电老化5-10天，制成气敏传感器件，进行测试。将得到的粉体分散涂于六角陶瓷管气敏测试元件上，采用WS-30A型气敏元件测试系统测试对不同气体的响应。本专利技术提供一种简单可行的具有选择吸附功能的气敏传感器材料及器件的制备方法，该方法制备工艺简单，通过提高材料比表面积和表面活性空位提高了响应效率，降低了响应温度，使半导体材料在气敏传感器方面的应用更简单。本专利技术的方法是利用纳米纤维素中的羧基与Ni2+配位形成壳层结构，通过微孔尺寸的调节，使其具有更高的选择性；调节空心球的尺寸获得高比表面积，进而调控其表面活性空位，提高气体响应率，器件制备方面，将气敏材料涂敷在陶瓷管表面，制备工艺简单，重复性好。本专利技术的优点在于：利用微孔尺寸调节，可选择性吸附气体，提高测试的抗干扰能力；比表面积大的中空属氧化物球，可大大增加材料表面的活性空位。充分利用这两种优点，提高气敏传感器的响应率和响应时间。本专利技术气敏传感器件制作简单、性能稳定、灵敏度高，在工作温度下对甲醛有很高的灵敏性，可用于甲醛气体的检测。附图说明图1为本专利技术的微孔中空氧化镍SEM图。图2为本专利技术的氧化镍对不同气体的响应曲线。具体实施方式实施例1：称取1g纳米纤维素溶于水中20ml放入去离子水和DMSO的混合溶液，室温下搅拌20min，加入0.0580g的硝酸镍和0.1402g的HMTA；将烧杯放入干燥箱在60℃反应24小时；待反应釜温度降至室温，将绿色悬浮液用酒精和水分别洗涤3-5次；放入马弗炉以5℃/min升温至300℃保温10小时，得到微孔中空的氧化镍球，空心球直径在1-2微米之间（图1），将微孔空心球置于酒精或水中待用；氧化铝陶瓷管用去离子水、丙酮、氯仿清洗干净，烘干，将NiO糊状物均匀涂敷在陶瓷管表面，焊接电极、封装，在200℃老化10天，得到气敏传感器。采用WS-30A型气敏元件测试系统测试100ppm浓度不同气体的响应，对甲醛气体具有明显的响应，如图2所示。实施例2：称取1g纳米纤维素溶于水中20ml放入去离子水和DMSO的混合溶液，室温下搅拌20min，加入0.0518g的氯化镍和0.1402g的HMTA；将烧杯放入干燥箱在95℃反应5小时；待反应釜温度降至室温，将绿色悬浮液用酒精和水分别洗涤3-5次；放入马弗炉以10℃/min升温至600℃保温2小时，得到微孔中空的氧化镍球，空心球直径在2-2.5微米之间，将微孔空心球置于酒精或水中待用；氧化铝陶瓷管用去离子水、丙酮、氯仿清洗干净，烘干，将NiO糊状物均匀涂敷在陶瓷管表面，焊接电极、封装，在300℃老化5天，得到气敏传感器。采用WS-30A型气敏元件测试系统测试1ppm浓度不同气体的响应，对甲醛气体具有明显的响应，灵敏度达到7.6。实施例3：称取1g纳米纤维素溶于水中20ml放入去离子水和DMSO的混合溶液，室温下搅拌20min，0.1467g的草酸镍和0.5608g的HMTA；将烧杯放入干燥箱在75℃反应12小时；待反应釜温度降至室温，将绿色悬浮液用酒精和水分别洗涤3-5次；放入马弗炉以3℃/min升温至450℃保温6小时，得到微孔中空的氧化镍球，空心球直径在2-2.5微米之间，将微孔空心球置于酒精或水中待用；氧化铝陶瓷管用去离子水、丙酮、氯仿清洗干净，烘干，将NiO糊状物均匀涂敷在陶瓷管表面，焊接电极、封装，在250℃老化7天，得到气敏传感器。采用WS-30A型气敏元件测试系统测试1ppm浓度不同气体的响应，对甲醛气体具有明显的响应，灵敏度达到8.0。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于甲醛选择性吸附的微孔中空氧化镍气敏传感材料的制备方法，其特征在于，将纳米纤维素分散于去离子水中与分散剂的混合溶液中，完全分散后加入镍前驱体和缓释沉淀剂六甲基四胺，将盛有溶液的烧杯放入干燥箱加热进行反应，得到绿色沉淀经清洗干燥后放入坩埚高温煅烧，得到微孔中空氧化镍气敏传感材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于甲醛选择性吸附的微孔中空氧化镍气敏传感材料的制备方法，其特征在于，将纳米纤维素分散于去离子水中与分散剂的混合溶液中，完全分散后加入镍前驱体和缓释沉淀剂六甲基四胺，将盛有溶液的烧杯放入干燥箱加热进行反应，得到绿色沉淀经清洗干燥后放入坩埚高温煅烧，得到微孔中空氧化镍气敏传感材料。2.根据权利要求1所述的一种用于甲醛选择性吸附的微孔中空氧化镍气敏传感材料的制备方法，其特征在于，纳米纤维素的直径和长度为50nm，加入去离子水中，再加入分散剂；分散剂是二甲基亚砜（DMSO）、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)中的一种。3.根据权利要求1所述的一种用于甲醛选择性吸附的微孔中空氧化镍气敏传感材料的制备方法，其特征在于，分散的方法为磁力搅拌器进行搅拌，搅拌时间为20min，纳米纤维素的质量分数5%。4.根据权利要求1所述的一种用于甲醛选择性吸附的微孔中空氧化镍气敏传感材料的制备方法，其特征在于，在60-95℃温度下恒温加热，反应时间为5-24h。5.根据权利要求1所述的一种用于甲醛选...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，张芳，林琳，葛美英，张春明，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31