一种氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法及应用技术

本发明专利技术属于半导体氧化物气体传感器技术领域，公开了一种氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法及应用，所述氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法包括：称取In(NO

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法及应用
本专利技术属于半导体氧化物气体传感器
，尤其涉及一种氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法及应用。
技术介绍
目前，在各种各样的行业中，对于高危险工作或者司机来说酒后工作是非常危险的。酒精的摄入和人体的呼出酒精含量存在一定的关系。且乙醇属于易燃的有机易挥发气体，对于泄漏点的监测是非常有必要的。对于乙醇的检测有如下的要求：高灵敏度、快速的响应恢复时间、在高湿度下仍可工作，面对多种气体对乙醇有独特的选择特性。对于乙醇检测的技术目前有：声表面微波气体传感器、色谱/质谱法(GC/MS)、光谱法等。然而，这些技术还是存在一些缺点，如仪器体积庞大、有很高的工作的温度和需要复杂的操作。而基于半导体氧化物气体传感器因其可在线检测、便于携带、制作成本低再近些年来广泛受到欢迎。在对乙醇的检测领域，半导体氧化物灵敏度高、有低的检测下限、优异的选择特性。In2O3由于稳定性较好，且易制备在半导体氧化物气体传感器领域而受到广泛的关注。In2O3通常用于检测乙醇、丙酮、NO2、三乙胺等气体。为了获得高的灵敏度、快速的响应恢复时间，人们通过多种多样的方式进行了改性工作，如合成具备大的比表面积和多孔结构以获得更多与气体反应的场所和增大与气体接触的面积，通过与其他材料复合掺杂以获得p-n/p-p/n-n异质结可提升传感器的灵敏度和缩短反应的时间等。以上合成技术大都比较复杂，通过水热、共沉淀等多步合成敏感材料。因此，亟需一种新的基于半导体氧化物气体传感器的制备方法。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)现有对乙醇进行检测的技术中，存在仪器体积庞大、有很高的工作的温度和需要复杂的操作等问题，且检测乙醇的灵敏度不高。(2)大部分的半导体氧化物在高湿度下灵敏度均会大幅度降低，在高湿度下进行气体检测时非常不利。(3)现有半导体金属氧化物气体传感器的工作温度较高；且制备敏感材料实验步骤复杂，通常需要添加多种导向剂或者多步实验。(4)作为典型的n型半导体In2O3，面对不同气体的选择性较差，特别是区分乙醇和丙酮。解决以上问题及缺陷的难度和意义为：研究表明，对于不同铟离子作为前驱液合成的不同的样品，InCl3仅合成的是表面粗糙的中空微球，而In(NO3)3作为前驱液喷雾热解合成了褶皱的中空微球，通过数据发现后者具备大的比表面积。测试数据更加验证了大的比表面积为乙醇与In2O3提供了更多的反应场所，对于相同浓度的乙醇气体，褶皱微球的灵敏度为10.2，而以InCl3为前驱液的产物灵敏度仅为3.37。对于褶皱微球进行改性工作，引入Sb离子。对于2mol％Sb离子掺杂的样品对100ppm的乙醇气体灵敏度在320℃时达到40.3。除此之外，所有的传感器均在高湿度下进行测试。对于没有Sb离子的纯In2O3样品，在高湿度下灵敏度大幅度下降。而2mol％Sb离子引入的传感器在90％RH的湿度下对100ppm的乙醇气体灵敏度可达到63.7，且在高湿度下对乙醇具备独特的选择性。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法及应用，尤其涉及一种基于喷雾热解法合成的Sb离子掺杂的In2O3褶皱中空微球的乙醇传感器。本专利技术是这样实现的，一种氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法，所述氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法包括以下步骤：步骤一，称取4mmol的In(NO3)3分散于60mL的去离子水中在室温下搅拌至溶液透明，以InCl3为前驱液的制备样品方法类似；步骤二，将制备好的溶液加入喷雾热解中的雾化装置中，设置喷雾的温度为600℃，并将N2设置为载气，将N2的流速设置为500mL/min；步骤三，待溶液全部反应完后收集末端反应产物，使用去离子水和乙醇交替清洗三次，并在真空干燥箱中60℃下干燥一夜；步骤四，干燥产物放于马弗炉中，500℃煅烧2h，升温速率为2℃/min；步骤五，所制备的敏感材料超声分散于去离子水中，使用刷子涂敷在传感器的陶瓷管上，然后敏感电极在350℃下煅烧2h，升温速率为1℃/min；步骤六，将敏感电极和加热丝焊接在六角基座上，老化三天，待器件电阻平稳后开始测试；步骤七，传感器的电阻使用数字万用表测量，而工作温度使用电流表加热电阻丝通过的电流控制。进一步，步骤一中，所述In(NO3)3的称取量为1.20g。进一步，步骤一中，所述InCl3的称取量为0.88g。进一步，步骤三中，所述溶液全部反应完后，获得的淡黄色的反应产物在末端通过锥形瓶收集。进一步，步骤四中，所述最终产物通过离心收集，并在60℃下干燥24h。进一步，所述氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法，还包括：分别将氯化铟和硝酸铟合成的样品标记为S1，S2。进一步，所述氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法，还包括：在硝酸铟前驱液中加入不同摩尔比例的SbCl3，将样品标记为S3，S4，S5。进一步，所述SbCl3的摩尔比例分别为：1mol％，2mol％，3mol％。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述的氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法制备得到的氧化铟基褶皱微球，所述氧化铟基褶皱微球是基于喷雾热解法，在特定的前驱液和喷雾热解实验的固定氮气的流速下合成的Sb离子掺杂的Sb-In2O3褶皱中空微球。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述的氧化铟基褶皱微球的基于喷雾热解法合成的Sb离子掺杂的Sb-In2O3褶皱中空微球的乙醇传感器。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术提供的氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法，In2O3褶皱微球通过喷雾热解法和传承，能够缩短传感器的响应恢复时间，提升传感器的选择特性与灵敏度，提升传感器的抗湿特性。在制备的过程中，本专利技术使用不同铟离子的前驱体进行喷雾热解反应，结果得出，硝酸铟作为前驱体可实现制备褶皱的空心微球。在对已有的In2O3微球进一步进行表面改性的工作，在前驱体中加入Sb例子进行掺杂。在320℃的工作温度下，对于100ppm的乙醇气体2mol％Sb离子引入的传感器的灵敏度达到最大(41.3)，且具备较快的响应/恢复时间(17/36s)。除此之外，传感器在高湿度下(90％RH)对乙醇表现出响应增强的特性，对于不同的气体展现出对乙醇优异的选择特性。这些现象表明，Sb离子在敏感材料内部的价态转换充当电子清除剂，对乙醇的响应有促进作用。除此之外Sb离子增加了敏感材料表面的化学吸附氧的数量。结果表明，Sb-In2O3褶皱微球在乙醇检测中具有广泛的应用前景。相较于现有技术，本专利技术还具有以下技术优势：(1)使用不同铟离子的前驱液：氯化铟和硝酸铟完成实验，详细讨论了前驱液在高温喷雾热解过程中的反应机理，为使用喷雾热解法合成纳米材料提供了一个新的思路。(2)实验过程中使用硝酸铟作为前驱液获得了具有大的比表面积的褶皱微球，通过比较氯化铟作为前驱液获得的样品，褶皱微球获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法，其特征在于，所述氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法包括以下步骤：/n步骤一，称取In(NO

【技术特征摘要】
1.一种氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法，其特征在于，所述氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法包括以下步骤：
步骤一，称取In(NO3)3分散于去离子水中在室温下搅拌至溶液透明；
步骤二，将制备好的溶液加入喷雾热解中的雾化装置中，并将N2设置为载气；
步骤三，待溶液全部反应完后收集末端反应产物，使用去离子水和乙醇交替清洗三次，并在真空干燥箱中干燥一夜；
步骤四，干燥产物放于马弗炉中；
步骤五，所制备的敏感材料超声分散于去离子水中，使用刷子涂敷在传感器的陶瓷管上，然后敏感电极煅烧；
步骤六，将敏感电极和加热丝焊接在六角基座上，老化三天，待器件电阻平稳后开始测试；
步骤七，传感器的电阻使用数字万用表测量，而工作温度使用电流表加热电阻丝通过的电流控制。


2.如权利要求1所述氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法，其特征在于，步骤一中，所述In(NO3)3的称取量为1.20g；所述InCl3的称取量为0.88g；称取4mmol的In(NO3)3分散于60mL的去离子水中在室温下搅拌至溶液透明。


3.如权利要求1所述氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法，其特征在于，步骤二中，设置喷雾的温度为600℃，并将N2设置为载气，将N2的流速设置为500mL/min。


4.如权利要求1所述氧化铟基褶皱微球用于乙醇检测的方法，其特征在于，步骤三中，所述溶液全部反应完后，获得的淡黄色的反应产物在末端通过锥形瓶收集；并...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鹏飞，李旭，王莹麟，刘彦明，王懿琳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学芜湖研究院，西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34