本发明专利技术公开了一种原位自由生长花状纳米WO3气敏材料及其制备方法和应用，采用原位自由生长的方式，在Al2O3陶瓷管上原位生长得到单斜晶系的WO3纳米花；所述WO3纳米花是由WO3纳米片组成的多级结构；所述WO3纳米花直径为0.5μm~1μm；所述纳米片大小为150 nm~250 nm、纳米片厚度为8~20 nm。本发明专利技术还提供了一种WO3气敏材料的制备方法，通过P123为表面活性剂，WCl6为钨源，在乙醇溶液中自组装生成WO3超薄纳米薄片，再由这些纳米片自组装成WO3纳米花结构。气敏测试结果表明，该敏感材料对NO2气体具有灵敏度高、响应恢复速度快、选择性好等优点。点。点。
【技术实现步骤摘要】
一种原位自由生长花状纳米WO3气敏材料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及半导体气敏元器件
，特别涉及一种原位自由生长花状纳米WO3气敏材料及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]氮氧化物是大气中最常见的污染性气体，NO2是一种红棕色刺激性气体，它可通过呼吸道吸入人体对呼吸系统和肺组织造成损伤，可引发支气管炎、牙齿酸蚀症和肺水肿，严重的还会造成昏厥，严重危害人体健康，并且NO2也是酸雨的主要来源之一，是城市大气污染的重要组成成分，因此设计出一种用于实时检测空气中NO2气体的气敏传感器就显得十分迫切。
[0003]气敏传感器是一种通过对大气中气体成分进行感知从而将其转换成电信号反馈给人类的元器件，因其便携、制备简单、低成本、高灵敏等特性受到研究者的广泛关注，而WO3作为一种典型的宽带隙半导体，因其形貌多变、灵敏度高、响应速度快、选择性好等特点被广泛研究用于气敏传感器。传统的气敏元件的制备方法通常采用纳米粉体涂覆的方法，将气敏材料与乙醇或松油醇制成浆料涂覆于气敏元件之上，但人为涂覆材料容易造成涂覆不均匀，厚度无法控制、在配制浆料过程中可能会造成形貌破坏以及颗粒堆叠、材料与陶瓷管结合不紧密等缺点，在长期使用过程中会有元件掉粉、一致性和重复性不好等现象，从而影响气敏性能。因此，亟需开发出一种适用于低浓度检测、选择性好的NO2气体传感器。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，为了解决现有技术中的不足，本专利技术采用原位自由生长的方式制备出一种花状纳米WO3气敏材料，通过将陶瓷管在水热反应釜中进行反应，让其在陶瓷管表面自由生长，该方法简单，重复性好。
[0005]本专利技术还提供一种原位自由生长气敏传感器的方法，该气敏传感器用于NO2检测中具有优异的选择性，响应恢复速率快，稳定性好，成本低，为NO2的快速检测提供了有效途径。
[0006]具体采用如下技术方案：本专利技术公开了一种原位自由生长花状纳米WO3气敏材料，该气敏材料采用原位自由生长的方式，在Al2O3陶瓷管上原位生长得到单斜晶系的WO3纳米花，所述WO3纳米花是由WO3纳米片组成的多级结构，所述WO3纳米花直径为0.5 μm~1 μm；所述纳米片大小为150 nm~250 nm、纳米片厚度为8~20 nm。
[0007]本专利技术公开了一种原位自由生长花状纳米WO3气敏材料的制备方法，包括以下步骤：A.称取一定量的聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段聚合物（P123）溶于无水乙醇和水的混合溶液中，然后称取一定量的WCl6溶于上述混合溶液中，充分搅拌至WCl6完全溶解，形成P123、EtOH、H2O和WCl6的混合溶液；
B.将洁净的陶瓷管浸入溶液中2~3 min后取出晾干再浸入，反复浸渍2~4次，该过程保证密闭性良好，随后将陶瓷管连同溶液一同转移至反应釜进行水热反应，待反应结束后，自然冷却，再将陶瓷管用无水乙醇和去离子水反复冲洗，60 ℃烘干即可得到原位自由生长的纳米WO3气敏材料。
[0008]优选的，所述步骤A中P123与WCl6的质量比为1:1~1:5，无水乙醇与水的质量比为15:1~40:1。
[0009]优选的，所述步骤B中水热合成反应的温度为110 ℃~150 ℃，反应时间为80 min~240 min。
[0010]优选的，将步骤B中制得的纳米WO3气敏材料进行退火处理，所述退火温度为300 ℃~450 ℃，升温速率1 ℃/min~3 ℃/min，保温时间为2~4 h。
[0011]本专利技术公开了一种原位自由生长花状纳米WO3气敏材料在NO2实时检测上的应用。
[0012]本专利技术还公开了一种原位自由生长气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：（1）称取一定量的聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段聚合物（P123）溶于无水乙醇和水的混合溶液中，然后称取一定量的WCl6溶于上述混合溶液中，充分搅拌至WCl6完全溶解，形成P123、EtOH、H2O和WCl6的混合溶液；（2）将洁净的陶瓷管浸入溶液中2~3 min后取出晾干再浸入，反复浸渍2~4次，该过程保证密闭性良好，随后将陶瓷管连同溶液一同转移至反应釜进行水热反应，待反应结束后，自然冷却，再将陶瓷管用无水乙醇和去离子水反复冲洗，55~65 ℃烘干即可得到原位自由生长的WO3纳米气敏材料的陶瓷管；（3）将步骤（2）中制得的原位生长有敏感材料的陶瓷管焊接到六角底座上，将Ni
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Cr加热丝穿过陶瓷管焊接在六角底座上，室温老化7天，可制得所述原位生长的WO3气敏传感器。
[0013]具体操作方法为：（1）将Al2O3陶瓷管、聚四氟乙烯支架清洗、干燥；将处理后的陶瓷管浸入含有P123、EtOH、H2O和WCl6的混合溶液中浸泡2~4 min、取出、晾干，重复2~4次；（2）将步骤（1）中处理后的陶瓷管悬挂于聚四氟乙烯支架上，使陶瓷管置于溶液中心位置，装好水热反应釜后，放入升温好的干燥箱中，进行反应；待反应结束，冷却至室温，取出反应釜，将陶瓷管用无水乙醇和去离子水反复冲洗，放入干燥箱中，在温度为60 ℃时干燥20~60 min，制得原位生长有敏感材料的陶瓷管；（3）将步骤（2）中制得的原位生长有敏感材料的陶瓷管焊接到六角底座上，将Ni
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Cr加热丝穿过陶瓷管焊接在六角底座上，室温老化7天，可制得所述原位生长的WO3气敏传感器。
[0014]优选的，所述步骤（1）中P123与WCl6的质量比为1:1~1:5，无水乙醇与水的质量比为15:1~40:1。
[0015]优选的，所述步骤（2）中水热合成反应的温度为110 ℃~150 ℃，反应时间为80 min~240 min。
[0016]优选的，将所述步骤（2）中制得的原位生长有敏感材料的陶瓷管进行退火处理，退火温度为300 ℃~450 ℃，升温速率1 ℃/min~3 ℃/min，保温时间为2~4 h。
[0017]本专利技术采用原位自由生长WO3纳米材料的方式，相对于传统的半导体厚膜传感器，
其原位自由生长有利于气敏材料层与陶瓷管紧密结合，制备方式简单，重复性好，减少了人工涂覆气敏材料过程中存在的误差。
[0018]本专利技术具有以下特点：（1）工作温度低，相比传统WO3纯材料通常在高温（300 ℃~400 ℃）下具有最佳响应，本专利技术利用表面活性剂自组装法得到二维WO3纳米片，提高了材料的比表面积，同时本专利技术所制备的超薄纳米片表面存在丰富的活性位点和缺陷，使得WO3纳米片在较低工作温度210 ℃下具有较高的活化能，从而促进O2在其表面充分捕获电子转化为氧负离子，制得的WO3纳米片传感器在210 ℃对NO2表现出优异响应，降低了工作温度。
[0019]（2）灵敏度高，本专利技术所提供的制备WO3气敏传感器的方法，所得的气敏材料比表面积大，由二维超薄片状结构组成，存在丰富的活性位点和缺陷，极大地提高了灵敏度，在210 ℃对100 ppm的NO2气体具本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种原位自由生长花状纳米WO3气敏材料，其特征在于：采用原位自由生长的方式，在Al2O3陶瓷管上原位生长得到单斜晶系的WO3纳米花；所述WO3纳米花是由WO3纳米片组成的多级结构；所述WO3纳米花直径为0.5 μm~1 μm；所述纳米片大小为150 nm~250 nm、纳米片厚度为8~20 nm。2.一种原位自由生长花状纳米WO3气敏材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：A.称取一定量的聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段聚合物（P123）溶于无水乙醇和水的混合溶液中，然后称取一定量的WCl6溶于上述混合溶液中，充分搅拌至WCl6完全溶解，形成P123、EtOH、H2O和WCl6的混合溶液；B.将洁净的陶瓷管浸入溶液中2~3 min后取出晾干再浸入，反复浸渍2~4次，该过程保证密闭性良好，随后将陶瓷管连同溶液一同转移至反应釜进行水热反应，待反应结束后，自然冷却，再将陶瓷管用无水乙醇和去离子水反复冲洗，55~65 ℃烘干即可得到原位自由生长的纳米WO3气敏材料。3.根据权利要求2所述的原位自由生长花状纳米WO3气敏材料的制备方法，其特征在于：所述步骤A中P123与WCl6的质量比为1:1~1:5，无水乙醇与水的质量比为15:1~40:1。4.根据权利要求2所述的原位自由生长花状纳米WO3气敏材料的制备方法，其特征在于：所述步骤B中水热合成反应的温度为110 ℃~150 ℃，反应时间为80 min~240 min。5.根据权利要求2所述的原位自由生长花状纳米WO3气敏材料的制备方法，其特征在于：将步骤B中制得的纳米WO3气敏材料进行退火处理，退火温度为300 ℃~450 ℃，升温速率1 ℃/min~3 ℃/min，保温时间为...
【专利技术属性】
技术研发人员：桂阳海，田宽，钱琳琳，郭智荣，郭会师，秦肖芸，秦笑梅，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：
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