一种对甲醛气体高选择性的石墨烯-ZnGa2O4复合气敏材料制造技术

本发明专利技术公开一种对甲醛气体高选择性的石墨烯‑ZnGa2O4复合气敏材料，属于气敏材料技术领域。该气敏材料组成是石墨烯‑ZnGa2O4，其中石墨烯的质量占材料总质量的0.08‑0.20％。以该材料作为敏感材料制成的旁热式气敏传感器，在203℃工作温度下，对甲醛的最低检出限达到1ppm，对1ppm甲醛的灵敏度在1.1‑1.2之间，对1000ppm甲醛的灵敏度在29‑33之间，并且对1‑1000ppm的甲醛响应时间和恢复时间不超过21秒和25秒；在相同工作温度下对1000ppm丙酮、1000ppm三甲胺、1000ppm乙醛和1000ppm氨气等的灵敏度均小于2.5，即该气敏材料对甲醛有非常高的气敏选择性。

【技术实现步骤摘要】
一种对甲醛气体高选择性的石墨烯-ZnGa2O4复合气敏材料
本专利技术属于气敏材料
，具体涉及一种对甲醛气体高选择性的石墨烯-ZnGa2O4复合气敏材料。该材料用于制作气体传感器，制成的气体传感器对空气中低浓度甲醛有较高灵敏度和高选择性。技术背景甲醛有强烈刺激性气味的气体，易溶于水，其40％的水溶液称为福尔马林，甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常和免疫功能异常等方面。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤等疾病。甲醛是室内空气中的主要污染气体之一。目前检测室内空气中甲醛的方法主要是酚试剂分光光度法和气相色谱法，这些方法需要比较复杂、昂贵的仪器。金属氧化物半导体气敏传感器由于价格低廉、易于制作、可以实现在线检测而受到广泛重视。张珽等公开了(专利授权公告号CN103043731B)一种甲醛气体传感器，其材料至少由氧化镍组成，该元件对甲醛有很高灵敏度，但是没有说明元件对其它干扰气体的灵敏度，即没有说明该元件的气敏选择性。何丹农等公开了(专利申请公布号CN107879381A)一种甲醛气体传感器，气敏材料是Sn单原子修饰NiO纳米材料，该类气体传感器对甲醛也有很高气敏灵敏度，但是也没有报道该类材料的气敏选择性。在检测甲醛时，环境中往往同时存在丙酮等气体，因此，气敏材料对这些气体的灵敏度越低越好。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于检测空气中甲醛的高选择性气体敏感材料。目的是提高甲醛气体传感器对低浓度甲醛的检测能力，降低传感器对其它气体的灵敏度。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。该气体敏感材料组成是石墨烯-ZnGa2O4，其中石墨烯的质量占材料总质量的0.08-0.20％。该材料可以用水热法制备，具体步骤是：按照摩尔比2：1将硝酸镓、硝酸锌溶解在去离子水中，将石墨烯悬浮液加入到上述混合溶液中超声分散，所述石墨烯的质量与生成镓酸锌质量比在0.08-0.20％之间；然后边搅拌边逐滴加入稀氢氧化钠溶液至pH＝13.5，将混合物转移至带聚四氟乙烯的高压反应釜中，在170℃保温12小时，让反应釜自然冷却至室温，将产物过滤，分别用去离子水和乙醇洗涤后真空干燥，即得到气敏材料。本专利技术的材料可以作为甲醛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，在氧化铝管两端预先用金浆作电极，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，通过控制通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工作温度；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、本专利技术以ZnGa2O4为基料，通过水热反应法在ZnGa2O4中掺入石墨烯，其中掺入石墨烯的质量百分含量为0.08-0.20％。以该材料作为敏感材料制成的旁热式气敏传感器，在203℃工作温度下，对甲醛的最低检出限达到1ppm，对1ppm甲醛的灵敏度(空气中元件电阻与被测气体中元件电阻比值)在1.1-1.2之间，对1000ppm甲醛的灵敏度在29-33之间，并且对1-1000ppm的甲醛响应时间和恢复时间不超过21秒和25秒。2、该传感器在相同工作温度下对干扰气体如1000ppm丙酮、1000ppm三甲胺、1000ppm乙醛和1000ppm氨气等的灵敏度均小于2.5，即该复合材料对甲醛有非常高的气敏选择性。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10.002molGa(NO3)3·9H2O和0.001molZn(NO3)2·6H2O溶解在30ml去离子水中，加入2.1ml浓度为0.1mg/ml的石墨烯悬浮液，超声分散1小时，边搅拌滴加浓度为0.5mol/L的NaOH溶液至pH＝13.5，将混合物转移至容积为100ml带聚四氟乙烯的高压反应釜中，在170℃保温12小时，让反应釜自然冷却至室温，将产物过滤，分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀，在60℃真空干燥，即得到气敏材料(石墨烯的质量百分含量0.08％)。将材料制成旁热式元件，测得元件在203℃工作温度下对1ppm、10ppm、100ppm、1000ppm甲醛的灵敏度分别为1.1、4.0、17、29。而相同工作温度下对1000ppm丙酮、1000ppm氨气、1000ppm三甲胺、1000ppm乙醛的灵敏度只有1.1、1.0、2.0、1.5。元件对1000ppm甲醛灵敏度与对1000ppm丙酮灵敏度比值达到26.4；元件对1-1000ppm的甲醛响应时间和恢复时间不超过15秒和18秒。实施例20.002molGa(NO3)3·9H2O和0.001molZn(NO3)2·6H2O溶解在30ml去离子水中，加入2.7ml浓度为0.1mg/ml的石墨烯悬浮液，超声分散1小时，边搅拌滴加浓度为0.5mol/L的NaOH溶液至pH＝13.5，将混合物转移至容积为100ml带聚四氟乙烯的高压反应釜中，在170℃保温12小时，让反应釜自然冷却至室温，将产物过滤，分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀，在60℃真空干燥，即得到气敏材料(石墨烯的质量百分含量0.1％)。将材料制成旁热式元件，测得元件在203℃工作温度下对1ppm、10ppm、100ppm、1000ppm甲醛的灵敏度分别为1.2、4.3、18、33。而相同工作温度下对1000ppm丙酮、1000ppm氨气、1000ppm三甲胺、1000ppm乙醛的灵敏度只有1.2、1.1、2.5、1.6。元件对1000ppm甲醛灵敏度与对1000ppm丙酮灵敏度比值达到27.5；元件对1-1000ppm的甲醛响应时间和恢复时间不超过14秒和20秒。实施例30.002molGa(NO3)3·9H2O和0.001molZn(NO3)2·6H2O溶解在30ml去离子水中，加入4.0ml浓度为0.1mg/ml的石墨烯悬浮液，超声分散1小时，边搅拌滴加浓度为0.5mol/L的NaOH溶液至pH＝13.5，将混合物转移至容积为100ml带聚四氟乙烯的高压反应釜中，在170℃保温12小时，让反应釜自然冷却至室温，将产物过滤，分别用去离子水和乙醇洗涤沉淀，在60℃真空干燥，即得到气敏材料(石墨烯的质量百分含量0.15％)。将材料制成旁热式元件，测得元件在203℃工作温度下对1ppm、10ppm、100ppm、1000ppm甲醛的灵敏度分别为1.1、4.2、17、31。而相同工作温度下对1000ppm丙酮、1000ppm氨气、1000ppm三甲胺、1000ppm乙醛的灵敏度只有1.1、1.0、2.2、1.4。元件对1000ppm甲醛灵敏度与对1000ppm丙酮灵敏度比值达到28.2；元件对1-1000ppm的甲醛响应时间和恢复时间不超过18秒和20秒。实施例40.002molGa(NO3)3·9H2O和0.001molZn(NO3)2·6H2O溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对甲醛气体高选择性的石墨烯‑ZnGa2O4复合气敏材料，其特征在于，该复合气敏材料组成是石墨烯‑ZnGa2O4，其中石墨烯的质量占材料总质量的0.08‑0.20％；所述复合气敏材料的制备包括如下步骤：按照摩尔比2：1将硝酸镓、硝酸锌溶解在去离子水中，将石墨烯悬浮液加入到上述混合溶液中超声分散，所述石墨烯的质量与生成镓酸锌质量比在0.08‑0.20％之间；然后边搅拌边逐滴加入稀氢氧化钠溶液至pH＝13.5；将混合物转移至带聚四氟乙烯的高压反应釜中，在170℃保温12小时；让反应釜自然冷却至室温，将产物过滤，分别用去离子水和乙醇洗涤后真空干燥。

【技术特征摘要】
1.一种对甲醛气体高选择性的石墨烯-ZnGa2O4复合气敏材料，其特征在于，该复合气敏材料组成是石墨烯-ZnGa2O4，其中石墨烯的质量占材料总质量的0.08-0.20％；所述复合气敏材料的制备包括如下步骤：按照摩尔比2：1将硝酸镓、硝酸锌溶解在去离子水中，将石墨烯悬浮液加入到上述混合溶液中超声分散，所述石墨烯的质量与生成...

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