基于Ga掺杂beta-Fe2O3纳米八面体敏感材料的乙醇气体传感器及其制备方法技术

一种基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta

【技术实现步骤摘要】
基于Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的乙醇气体传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于气体传感器
，具体涉及一种基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的乙醇气体传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业和科技的飞速发展，在物质财富极大丰富的同时，生产安全和环境问题也日益凸显。人们有越来越多的机会接触危险气体，例如以甲烷和一氧化碳为主要成分的天然气，装修材料中释放的有机易挥发性有毒气体甲醛、苯、二甲苯，煤炭燃烧、汽车尾气中的二氧化硫和氮氧化物等。这些易燃易爆、有毒有害气体一旦产生或泄露，就会对人们的健康和生命造成威胁。因此，开发响应度高、检测速度快的气体传感器十分有必要。
[0003]乙醇是一种常见的工业原料，被广泛的应用于食品、药品等各个领域，但是长期接触乙醇，也会对我们的身体造成伤害。同时乙醇也是一种易燃气体，具刺激性。当泄露的乙醇达到一定浓度时，遇明火极易发生爆炸，威胁人们生命财产安全。如果乙醇发生泄漏初期浓度低于爆炸限时发出警报，就能够有效地避免严重的损失。因此，开发响应度高、检测下限低、响应速度快的乙醇气体传感器具有重要意义。
[0004]一些金属氧化物半导体纳米敏感材料与某些气体接触时，其电学性质等会发生显著变化，经过检测外围电路可以对材料的电学性质变化(电学信号)进行检测，从而对气体进行监测。基于金属氧化物半导体气敏材料的气体传感器具有响应度高、响应恢复速度快、检测下限低等优势。
[0005]气敏材料的化学组成对其气敏性能有着至关重要的影响，单组份金属氧化物半导体材料的气敏性能并不能满足日常生活和工业生产对气体传感器的需求，为了设计本征材料的载流子浓度、载流子迁移率、能带结构、缺陷浓度这些物理化学性质，进而优化材料的气敏性能，通常会应用一些改性技术，如一些金属阳离子(贵金属、稀土元素、过渡金属)掺杂、催化剂表面担载等。金属阳离子掺杂主要是将杂离子掺杂进入半导体氧化物的晶格中，掺杂后的材料中会存在大量的氧空位、间隙原子、晶格位错等缺陷，这些缺陷通常具有较高的能量可以为气体的吸附和反应提供大量的活性位点，从而推动表面反应的进行。对于金属
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有机框架(MOF)而言，掺杂会对MOF的初始粒径产生影响，进而影响材料的多态性，形成特定多相的稳定性。
[0006]Ga
3+
与Fe
3+
有着相似的离子半径和稳定氧化态。因此，结合这些特性，通过MOF与其他杂原子进行简单的功能化来实现对氧化物多态相的控制，从而提高传感材料的整体性能和效率。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的乙醇气体传感器及其制备方法。该方法简单易行、工序少、成本低廉、
对设备要求低，能够提高气体传感器对乙醇的气敏响应，适于大批量生产，具有重要的应用价值。
[0008]本专利技术所述的一种基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的乙醇气体传感器，由从下至上的Al2O3衬底、Pd金属叉指电极和涂覆在Pd金属叉指电极上的基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米敏感材料层组成。
[0009]本专利技术所述的一种基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的乙醇气体传感器的制备方法，其步骤如下：
[0010]1、Pd金属叉指电极的处理：
[0011]分别用丙酮、乙醇棉球擦拭带有Pd金属叉指电极的Al2O3衬底至干净，再将带有Pd金属叉指电极的Al2O3衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中，分别超声清洗5～10分钟，最后在100～120℃下干燥；
[0012]本专利技术使用丝网印刷技术在Al2O3衬底上制备Pd金属叉指电极，具体方法如下：将油墨[佳华JX07500487]、Pd粉、稀释剂按1：1：2的质量比进行混合，搅拌调制成浆糊；然后将浆糊注入到带有叉指电极图案的丝网版上，在30
°
～45
°
的倾斜角度和5～10牛顿压力条件下刮动浆糊，在Al2O3衬底上印制叉指电极并烘干，紫外光固化后在衬底上完成Pd金属叉指电极的制备，Pd金属叉指电极的宽度和电极间距均为0.15～0.20mm，厚度为100～150nm，叉指电极的对数为5～10对。
[0013]2、纯alpha
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Fe2O3纳米敏感材料、基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的制备：
[0014]①
纯alpha
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Fe2O3纳米敏感材料的制备：
[0015]室温条件下，将0.19～0.21g对苯二甲酸和0.66～0.68g六水合氯化铁溶于15～20mL二甲基甲酰胺(分析纯)中，搅拌2～3h后将得到的溶液转移到反应釜中，在100～120℃下反应19～21h；冷却至室温后将生成物用乙醇离心清洗，再将离心产物在60～80℃下干燥24～30小时；最后在350～400℃、空气条件下退火2～4小时，从而得到纯alpha
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Fe2O3纳米敏感材料；
[0016]②
基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的制备：
[0017]室温条件下，将0.19～0.21g对苯二甲酸，0.66～0.68g六水合氯化铁和0.026～0.078g硝酸镓溶于15～20mL二甲基甲酰胺(分析纯)中，搅拌2～3h后将得到的溶液转移到反应釜中，在100～120℃下反应19～21h；冷却至室温后将生成物用乙醇离心清洗，再将离心产物在60～80℃下干燥24～30小时；最后在350～400℃、空气条件下退火2～4小时，从而得到基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料；
[0018]3、基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的乙醇气体传感器的制备：
[0019]将基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体放入研钵中，研磨20～30分钟，得到纳米敏感材料粉末；然后向研钵中滴入去离子水(纳米敏感材料与去离子水的质量比为5：1～3)，再继续研磨20～30分钟，得到黏稠状的浆料；用小毛刷沾取少量的浆料，涂覆在带有Pd金属叉指电极的Al2O3衬底上，然后在60～80℃条件下烘干，得到厚度为2～4μm的基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米敏感材料层；最后在相
对湿度为20％～40％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的乙醇气体传感器，其特征在于：由从下至上的Al2O3衬底、Pd金属叉指电极和涂覆在Pd金属叉指电极上的基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米敏感材料层组成。2.如权利要求1所述的一种基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的乙醇气体传感器，其特征在于：基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米敏感材料的粒径为400～600nm。3.如权利要求1所述的一种基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的乙醇气体传感器，其特征在于：基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米敏感材料层的厚度为2～4μm。4.如权利要求1所述的一种基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的乙醇气体传感器，其特征在于：Pd金属叉指电极的宽度和间距均为0.15～0.20mm，厚度为100～150nm。5.权利要求1～4任何一项所述的基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga掺杂beta
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Fe2O3纳米八面体敏感材料的乙醇气体传感器的制备方法，其步骤如下：(1)Pd金属叉指电极的处理：分别用丙酮、乙醇棉球擦拭带有Pd金属叉指电极的Al2O3衬底至干净，再将带有Pd金属叉指电极的Al2O3衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中，分别超声清洗5～10分钟，最后在100～120℃下干燥；(2)基于Fe/Ga双金属有机骨架衍生的Ga...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮圣平，樊怡灼，周敬然，刘彩霞，李昕，马艳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：