气敏元件敏感材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种气敏元件敏感材料及其制备方法。其中，所述气敏元件敏感材料含有如下组分：SnO288～95wt％，Sb2O32～5wt％，SiO20.2～2wt％，Al2O30.2～2wt％，PdCl20.5～4wt％。本发明专利技术技术方案通过SnO288～95wt％，Sb2O32～5wt％，SiO20.2～2wt％，Al2O30.2～2wt％，PdCl20.5～4wt％的合理配方设计，有利于提升气敏元件的长期工作稳定性；通过SnO2、Al2O3和Sb2O3的配合，改善敏感膜的机械强度、热和化学稳定性，降低敏感材料颗粒界面处的势垒，降低所形成的敏感膜的电阻，提高灵敏度。

Sensitive material of gas sensor and its preparation method

The invention discloses a gas sensing element sensitive material and a preparation method thereof. Among them, the gas sensor sensitive material contains the following components: SnO2 88-95wt%, Sb2O32-5wt%, SiO2 0.2-2wt%, Al2O30.2-2wt%, PdCl 20.5-4wt%. The technical scheme of the invention is beneficial to improving the long-term working stability of the gas sensor through the rational formulation design of SnO2 88-95wt%, Sb2O32-5wt%, SiO 2 0.2-2wt%, Al2O30.2-2wt%, PdCl 20.5-4wt%. The mechanical strength, thermal and chemical stability of the sensitive film is improved and reduced by the combination of SnO 2, Al2O3 and Sb2O3. The barrier at the interface of the sensitive material particles reduces the resistance of the sensitive film formed and improves the sensitivity.

【技术实现步骤摘要】
气敏元件敏感材料及其制备方法
本专利技术涉及气敏元件材料，特别涉及气敏元件敏感材料及其制备方法。
技术介绍
气体敏感材料作为半导体气体传感器的核心部分之一，对传感器的实际检测能力具有重要作用。在制备半导体气体传感器时，敏感材料的浆料配方制备至关重要，直接影响传感器的特性。目前，绝大部分的敏感材料浆料的配方设计和制备方法均不能满足传感器的要求，制备的传感器的灵敏度较低和长期工作稳定性较差，这直接影响和限制了这些传感器的实际应用领域。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供气敏元件敏感材料，旨在解决现有气敏元件敏感材料在应用到半导体气体传感器时，所制备的传感器的灵敏度较低，长期工作稳定性较差的问题。为实现上述目的，本专利技术提出一种气敏元件敏感材料，所述气敏元件敏感材料含有如下组分：SnO288～95wt％，Sb2O32～5wt％，SiO20.2～2wt％，Al2O30.2～2wt％，PdCl20.5～4wt％。可选地，所述气敏元件敏感材料含有如下组分：SnO292～94wt％，Sb2O32.5～4wt％，SiO20.3～1wt％，Al2O30.5～1.2wt％，PdCl21～2.5wt％。可选地，所述SnO2呈粉末状，且粒径为20～80nm。可选地，所述Sb2O3呈粉末状，且粒径为20～60nm。可选地，所述SiO2呈粉末状，且粒径为20～60nm。可选地，所述Al2O3呈粉末状，且粒径为40～80nm。可选地，所述气敏元件敏感材料还包含有与所述SnO2，Sb2O3，SiO2，Al2O3和PdCl2相混合的有机溶剂。可选地，所述有机溶剂为乙醇-松油醇混合溶液。本专利技术还公开了一种气敏元件敏感材料的制备方法，包括如下步骤：将SnO2，Sb2O3，SiO2，Al2O3和PdCl2混合并分散于有机溶剂中，获得气敏元件敏感材料。可选地，所述将SnO2，Sb2O3，SiO2，Al2O3和PdCl2混合并分散于有机溶剂中具体为：将所述SnO2，Sb2O3，SiO2，Al2O3和PdCl2混合并辅助超声分散于有机溶剂中。可选地，所述有机溶剂为乙醇-松油醇混合溶液。本专利技术技术方案通过SnO288～95wt％，Sb2O32～5wt％，SiO20.2～2wt％，Al2O30.2～2wt％，PdCl20.5～4wt％的合理配方设计，有利于提升气敏元件的长期工作稳定性；通过SnO2、Al2O3和Sb2O3的配合，改善敏感膜的机械强度、热和化学稳定性，降低敏感材料颗粒界面处的势垒，降低所形成的敏感膜的电阻，提高灵敏度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为实施例1～5所制备的气敏元件和对比例1样品对100ppm乙醇气体的灵敏度随工作温度变化曲线图；图2为实施例1～5所制备的气敏元件和对比例1样品的长期工作稳定性曲线；图3为对比例2气敏元件的长期工作稳定性曲线；图4实施例2气敏元件连续上电工作2个月后敏感膜的扫描电镜图；图5实施例5气敏元件连续上电工作2个月后敏感膜的扫描电镜图；图6对比例2气敏元件连续上电工作2个月后敏感膜的扫描电镜图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。本专利技术提出一种气敏元件敏感材料，所述气敏元件敏感材料含有如下组分：SnO288～95wt％，Sb2O32～5wt％，SiO20.2～2wt％，Al2O30.2～2wt％，PdCl20.5～4wt％。以SnO2纳米颗粒为敏感材料，其比表面积大，空隙结构丰富，表面和内部活性高，在空气中，其表面能大量吸附氧分子，在一定的加热温度下，其化学吸附的氧将以O-或O2-的形成存在，由于这些氧负离子的吸附，敏感材料表面形成一定的电子耗散层，导致SnO2粒子间产生高势垒，引起敏感材料表面电阻增加。当敏感材料遇到还原性气体(如H2、CO、CH4等)后，还原性气体与吸附在敏感材料表面的氧负离子发生反应，并将氧捕获的电子释放回敏感材料表面，从而使敏感材料电阻降低。因此，通过上述敏感材料制备成敏感元件时，通过检测敏感元件的电导变化从而实现对气体的检测。由于SnO2纳米颗粒在长期的高温环境下，晶粒会出现生长，气敏性能会出现漂移，长期工作稳定性较差，为了提高SnO2基敏感膜的长期工作稳定性，需引入本专利技术的配方。其中，引入粘结相，主要作用是在气敏元件的烧结过程中连接、拉紧、固定敏感材料粒子，使得形成的敏感膜与基体牢固地粘接在一起，有利提升气敏元件的长期工作稳定性。其中，SiO2发挥粘结相的基本骨架作用；Al2O3可作为助熔剂，改善敏感膜的机械强度、热和化学稳定性；Sb2O3降低敏感材料颗粒界面处的势垒，降低敏感膜的电阻，有利提高材料灵敏度。同时，为了有效提高敏感材料对气体的选择性和灵敏度，采用掺杂催化剂(Pd)，用于催化气敏反应。进一步地，所述气敏元件敏感材料含有如下组分：SnO292～94wt％，Sb2O32.5～4wt％，SiO20.3～1wt％，Al2O30.5～1.2wt％，PdCl21～2.5wt％。通过进一步优化配比，提升所制备的气敏元件的长期工作稳定性和灵敏度。进一步地，所述SnO2呈粉末状，且粒径为20～80nm。进一步地，所述Sb2O3呈粉末状，且粒径为20～60nm。进一步地，所述SiO2呈粉末状，且粒径为20～60nm。进一步地，所述Al2O3呈粉末状，且粒径为40～80nm。敏感材料的粒径直接影响材料的气敏特性，粒径越小，比表面积越大，活性点越多，对VOC气体的检测能力越强。SnO2作为主敏感材料，粒径小于100nm时，SnO2纳米材料对气体的检测极限越低和灵敏度越高，本申请中合成的SnO2纳米颗粒的粒径为20～80nm。在制备浆料和敏感膜时，为了尽可能的减少其他组分(如Sb2O3，SiO2，Al2O3)对SnO2纳米颗粒表面的覆盖，尽可能保持SnO2纳米颗粒与检测气体的接触面积，保证响应灵敏度，所以Sb2O3，SiO2，Al2O3等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气敏元件敏感材料，其特征在于，所述气敏元件敏感材料含有如下组分：SnO2 88～95wt％，Sb2O3 2～5wt％，SiO2 0.2～2wt％，Al2O3 0.2～2wt％，PdCl2 0.5～4wt％。

【技术特征摘要】
1.一种气敏元件敏感材料，其特征在于，所述气敏元件敏感材料含有如下组分：SnO288～95wt％，Sb2O32～5wt％，SiO20.2～2wt％，Al2O30.2～2wt％，PdCl20.5～4wt％。2.如权利要求1所述的气敏元件敏感材料，其特征在于，所述气敏元件敏感材料含有如下组分：SnO292～94wt％，Sb2O32.5～4wt％，SiO20.3～1wt％，Al2O30.5～1.2wt％，PdCl21～2.5wt％。3.如权利要求1或2所述的气敏元件敏感材料，其特征在于，所述SnO2呈粉末状，且粒径为20～80nm。4.如权利要求1或2所述的气敏元件敏感材料，其特征在于，所述Sb2O3呈粉末状，且粒径为20～60nm。5.如权利要求1或2所述的气敏元件敏感材料，其特征在于，所述SiO2呈粉末状，且粒径为20～60nm。6.如权利要求1或2所述的气敏元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：林勇，罗彪，张天宇，
申请(专利权)人：芜湖美智空调设备有限公司，美的集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34