一种硫化氢气体传感器敏感材料的合成方法技术

本发明专利技术涉及气体检测技术领域，公开了一种硫化氢气体传感器敏感材料的合成方法，包括如下步骤：在印有叉齿电极的陶瓷片上印刷金属锡层，并进行退火处理；进行超声，并用去离子水和乙醇进行多次清洗后、烘干；将陶瓷片置于反应釜中进行水热反应；再浸入过氧化氢和一水合氨的混合液中，后用大量蒸馏水冲洗陶瓷片，再置于空气中自然干燥；在陶瓷片的锡氧化物前驱体处利用浸渍法或者溅射法，掺杂铂Pt、钯Pd、镧La、镨Pr；最后，对陶瓷片进行氧化处理，得到掺杂有不同贵金属的氧化锡纳米线。通过上述方式，本发明专利技术能够对硫化氢具有很低的检测限，且本合成方法制成的敏感材料与衬底的结合非常牢固，可以保障传感器响应的稳定性。

Synthesis of a sensitive material for hydrogen sulfide gas sensor

【技术实现步骤摘要】
一种硫化氢气体传感器敏感材料的合成方法
本专利技术涉及气体检测
，特别是涉及一种硫化氢气体传感器敏感材料的合成方法。
技术介绍
硫化氢气体是生活中相对常见的有毒气体，主要见于腐烂食物、厨余垃圾的分解产物，以及卫生间粪便散发的臭味。硫化氢气体的毒性属于神经毒性，对黏膜有强烈的刺激作用。吸入少量高浓度硫化氢可于短时间内致命。低浓度的硫化氢对眼、呼吸系统及中枢神经都有影响，所以研究高灵敏度的硫化氢气体传感器对硫化氢生产车间、食物储藏室、动物养殖场等场所非常有意义。目前，硫化氢气体传感器敏感材料多为氧化亚铜、氧化锌、二氧化锡作为敏感基底材料，其中二氧化锡是一种重要的n型半导体，具有合适的导带价带位置，且成本低廉，多被用于制作各种气体半导体传感器敏感材料。纳米结构的二氧化锡会因其不能的形貌产生不同的性能，一维纳米线结构的二氧化锡更是具有奇特的物理和化学特性。1)一维结构的二氧化锡拥有很大的比表面积，该形貌对其作为气体传感器来说具有很大的优势，可以拥有更多的活性位点，以获取目标气体；2)一维纳米线结构可以提供很好的电子通道。由于目前的氧化锡纳米线多为粉体状态，经印刷，点胶或其他方式涂附加热片上，因此纳米线整体状态为彼此交叉错落，大大降低了原有的优势。所以，目前对硫化氢有响应的气体传感器响应灵敏度普遍较低，且抗干扰性略差。另外粉体敏感材料与衬底结合的牢固程度也是导致传感器性能稳定的一个重要因素。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种硫化氢气体传感器敏感材料的合成方法，能够对硫化氢具有很低的检测限，且本合成方法制成的敏感材料与衬底的结合非常牢固，可以保障传感器响应的稳定性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种硫化氢气体传感器敏感材料的合成方法，包括如下步骤：步骤1：在印有叉齿电极的陶瓷片上印刷金属锡层，并对印刷好的金属锡层进行退火处理，得到氧化锡薄层；步骤2：对陶瓷片进行超声，并用去离子水和乙醇进行多次清洗后、烘干，使得氧化锡薄层的表面微观结构为凹凸不平的氧化锡颗粒，可作为氧化锡纳米线生长的种子层；步骤3：将陶瓷片置于反应釜中进行水热反应1-36h，生长出锡氧化物前驱体，该锡氧化物前驱体的形貌为阵列排布纳米线的形貌；步骤4：将生长出的锡氧化物前驱体(陶瓷片)浸入新鲜的第一溶液中，一段时间后用大量蒸馏水冲洗，再置于空气中自然干燥；所述第一溶液为过氧化氢H2O2(30wt％)和一水合氨NH3·H2O(25wt％)，H2O2和NH3·H2O的体积比为1-10：10-1；步骤5：在陶瓷片的锡氧化物前驱体处利用浸渍法或者溅射法，掺杂铂Pt、钯Pd、镧La、镨Pr；步骤6：对陶瓷片进行氧化处理，得到掺杂有不同贵金属的氧化锡纳米线。优选的，步骤1的具体操作如下：A、准备一片已经印有叉齿电极的陶瓷片，清洗备用；B、称取粒径为10-100微米的锡粉，然后加入锡粉质量1-3倍的松油醇、0.01-0.5倍的司盘85(山梨坦三油酸酯)和0.01-0.2倍的乙基纤维素，充分混匀，得到金属锡的印刷浆料；C、在印刷机上以印刷间隙为0.1-50微米、压力为5-200Pa的指标，对陶瓷片表面进行丝网印刷，以得到1-10微米厚度的金属锡层；D、将印刷好的陶瓷片在120-800℃的温度下恒温退火0.5-5h，可以挥发掉有机物，得到具有一定图案的氧化锡薄层。优选的，在步骤3中：所述反应釜中的混合溶液包含水、2-丁酮、乙醇、盐酸(浓度为37％)和锡酸四丁酯(Sn(OBun)4)，所述水占混合溶液的0-50％，所述2-丁酮占混合溶液的1％-10％，所述乙醇占混合溶液的0.1-20％，所述盐酸占混合溶液的20％-60％，所述锡酸四丁酯占混合溶液的1％-7％；所述反应釜中的混合溶液恒温控制，该恒温温度为120-300℃；所述反应釜的内衬材质为聚四氟乙烯。优选的，步骤5的具体操作如下：将陶瓷片放入到第二水溶液中浸渍0-5h，再置于空气中自然干燥；所述第二水溶液包括氯钯酸、氯铂酸、硝酸镨、氯化镧和水，所述氯钯酸占第二水溶液总量的0.01-20％，所述氯铂酸占第二水溶液总量的0-25％，所述硝酸镨占第二水溶液总量的0-10％，所述氯化镧占第二水溶液总量的0-10％；或在陶瓷片上覆盖掩模板，在锡氧化物前驱体处磁控溅射铂Pt、钯Pd、镧La、镨Pr等金属颗粒。优选的，步骤6的具体操作为：将陶瓷片在富氧环境中恒温退火0.1-5h，该恒温温度为200-800℃，后冷却至室温。进一步的，所述富氧环境的氧气流量为0.5-1.0Lmin-1。本专利技术的有益效果是：本专利技术主要通过丝网印刷方法将锡层图案化，退火处理后形成一层二氧化锡种子层，再经过水热法将二氧化锡生长为纳米线结构，这种二氧化锡纳米线结构具有很大的比表面积，可以提供更多的与硫化氢接触的活性位点，大大提高传感器的响应值；另外，这种阵列排布的纳米线结构可以提供更通畅的电子通道，降低敏感材料内阻；再者，这种纳米线线结构属于原位生长纳米线，材料的结合力更保障了敏感材料的相应的长期稳定性；贵金属元素的掺杂方式简单可控；利用本专利技术合成方法制成的传感器敏感材料对硫化氢具有很低的检测限，可以精确检测出浓度为ppb级别的硫化氢气体，且响应恢复时间小于2s。另外该敏感材料中的二氧化锡纳米线为原位生长纳米线，与衬底的结合非常牢固，能够进一步保障传感器响应的稳定性。附图说明图1是本专利技术一种硫化氢气体传感器敏感材料中二氧化锡纳米线微观形貌图；图2是本专利技术一种硫化氢气体传感器敏感材料中二氧化锡纳米线放大后的微观形貌图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1和图2，本专利技术实施例包括：实施例1一种硫化氢气体传感器敏感材料的合成方法，包括如下步骤：步骤1：在印有叉齿电极的陶瓷片上印刷金属锡层，并对印刷好的金属锡层进行退火处理，得到氧化锡薄层；步骤2：对陶瓷片进行超声，并用去离子水和乙醇进行多次清洗后、烘干，使得氧化锡薄层的表面微观结构为凹凸不平的氧化锡颗粒，可作为氧化锡纳米线生长的种子层；步骤3：将陶瓷片置于反应釜中进行水热反应13h(该反应时间可为1-36h之间的任意时间，包含1h和36h本身)，生长出锡氧化物前驱体，该锡氧化物前驱体的形貌为阵列排布纳米线的形貌；所述反应釜中的混合溶液包含水、2-丁酮、乙醇、盐酸(浓度为37％)和锡酸四丁酯(Sn(OBun)4)，所述水占混合溶液的0％(该比例可为0-50％之间的任意数值，包含0％和50％本身)，所述2-丁酮占混合溶液的18％(该比例可为5-20％之间的任意数值，包含5％和20％本身)，所述乙醇占混合溶液的3％(该比例可为0-10％之间的任意数值，包含0％和10％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫化氢气体传感器敏感材料的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：在印有叉齿电极的陶瓷片上印刷金属锡层，并对印刷好的金属锡层进行退火处理，得到氧化锡薄层；/n步骤2：对陶瓷片进行超声，并用去离子水和乙醇进行多次清洗后、烘干，使得氧化锡薄层的表面微观结构为凹凸不平的氧化锡颗粒，可作为氧化锡纳米线生长的种子层；/n步骤3：将陶瓷片置于反应釜中进行水热反应1-36h，生长出锡氧化物前驱体，该锡氧化物前驱体的形貌为阵列排布纳米线的形貌；/n步骤4：将生长出的锡氧化物前驱体(陶瓷片)浸入新鲜的第一溶液中，后用大量蒸馏水冲洗，再置于空气中自然干燥；所述第一溶液为过氧化氢H

【技术特征摘要】
1.一种硫化氢气体传感器敏感材料的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在印有叉齿电极的陶瓷片上印刷金属锡层，并对印刷好的金属锡层进行退火处理，得到氧化锡薄层；
步骤2：对陶瓷片进行超声，并用去离子水和乙醇进行多次清洗后、烘干，使得氧化锡薄层的表面微观结构为凹凸不平的氧化锡颗粒，可作为氧化锡纳米线生长的种子层；
步骤3：将陶瓷片置于反应釜中进行水热反应1-36h，生长出锡氧化物前驱体，该锡氧化物前驱体的形貌为阵列排布纳米线的形貌；
步骤4：将生长出的锡氧化物前驱体(陶瓷片)浸入新鲜的第一溶液中，后用大量蒸馏水冲洗，再置于空气中自然干燥；所述第一溶液为过氧化氢H2O2(30wt％)和一水合氨NH3·H2O(25wt％)，H2O2和NH3·H2O的体积比为1-10：10-1；
步骤5：在陶瓷片的锡氧化物前驱体处利用浸渍法或者溅射法，掺杂铂Pt、钯Pd、镧La、镨Pr；
步骤6：对陶瓷片进行氧化处理，得到掺杂有不同贵金属的氧化锡纳米线。


2.根据权利要求1所述的一种硫化氢气体传感器敏感材料的合成方法，其特征在于，步骤1的具体操作如下：
A、准备一片已经印有叉齿电极的陶瓷片，清洗备用；
B、称取粒径为10-100微米的锡粉，然后加入锡粉质量1-3倍的松油醇、0.01-0.5倍的司盘85(山梨坦三油酸酯)和0.01-0.2倍的乙基纤维素，充分混匀，得到金属锡的印刷浆料；
C、在印刷机上以印刷间隙为0.1-50微米、压力为5-200Pa的指标，对陶瓷片表面进行丝网印刷，以得到1-10微米厚度的金属锡层；
D、将印刷好的陶瓷片在120-80...

【专利技术属性】
技术研发人员：井华，谷文，陈红林，张珽，
申请(专利权)人：苏州麦茂思传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32