基于V2O5纳米花结构的二甲苯气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了基于V2O5纳米花结构的二甲苯气体传感器及其制备方法，一种基于V2O5纳米花结构的二甲苯气体传感器，由外表面带有两条平行设置且彼此分立的环状铂电极的陶瓷管衬底、涂覆在陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料以及置于陶瓷管内的镍铬加热线圈组成，所述敏感材料为V2O5纳米花结构粉末。本发明专利技术采用V2O5纳米花结构的方式，对V2O5材料进行改性，进而使得气体传感器的气敏特性显著提高。使得气体传感器的气敏特性显著提高。使得气体传感器的气敏特性显著提高。

【技术实现步骤摘要】
基于V2O5纳米花结构的二甲苯气体传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种基于V2O5纳米花结构的二甲苯气体传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]二甲苯是一种无色、有芳香烃气味的挥发性有机化合物(VOC)，常被用在室内涂料、医疗技术、工业生产和农业等领域。二甲苯虽然具有很高的应用价值，但作为一种有毒气体，也对人类的健康造成了巨大的威胁。研究表明，长期暴露在二甲苯气氛中会导致头痛、疲劳、震颤、呼吸、心血管和肾脏等问题，甚至会引发白血病。因此，开发具有优异二甲苯传感特性的二甲苯气体传感器具有十分重要的意义。
[0003]在种类众多的气体传感器中，以半导体氧化物为敏感材料的电阻型气体传感器具有灵敏度高、检测下限低、选择性好、响应和恢复速度快、制作方法简单、成本较低等优点，是目前应用最广泛的气体传感器之一。随着纳米科学与技术的发展，将气敏材料调控成纳米结构能够极大地提高材料的比表面积，增加活性位点，可以使气敏特性得到改善。
[0004]五氧化二钒(V2O5)由于其独特的物理和化学特性，被广泛应用在锂离子电池、太阳能电池和气敏传感器等重要领域。对于构筑旁热式V2O5气体传感器的研究多集中于分级和中空氧化物纳米材料的应用，不同形貌的分级和中空V2O5纳米结构材料表现出不同的气体选择性，这对开发具有多种气体检测功能的 V2O5气体传感器有重大意义。但是当前已知的旁热式V2O5气体传感器明显存在以下缺点：响应度低、选择性差、最低检测限高和缺乏气体传感机制的详细解释等。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术的目的在于，提供一种基于V2O5纳米花结构的二甲苯气体传感器及其制备方法，本专利技术采用V2O5纳米花结构的方式，对V2O5材料进行改性，进而使得气体传感器的气敏特性显著提高。
[0006]为了达到上述专利技术目的，进而采取的技术方案如下：
[0007]一种V2O5纳米花结构的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将五氧化二钒和草酸二水合物按照摩尔比1:3加入到盛有20mL去离子水的烧杯中，在80℃下连续磁力搅拌2h，制得蓝色透明的VOC2O4溶液；
[0009](2)在室温且连续磁力搅拌的条件下，向步骤(1)中的VOC2O4溶液中缓慢滴加4.68mL质量分数为30％的H2O2溶液，并持续搅拌20min，得到混合溶液A；
[0010](3)向混合溶液A中加入60mL乙醇溶液，搅拌30min后得到混合溶液B，将混合溶液B快速转移至水热合成反应釜中，在170℃下保温0.5
‑
4h，并自然冷却至室温，得到黑色产物；
[0011](4)将黑色产物用乙醇离心洗涤3次，然后在60℃下干燥12h，并在350℃下连续煅烧2h，制得V2O5纳米花。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，在上述步骤(4)中，采用管式电炉进行煅烧，且煅烧时
控制管式电炉的升温速率为3℃/min。
[0013]一种基于V2O5纳米花结构的二甲苯气体传感器，由外表面带有两条平行设置且彼此分立的环状铂电极的陶瓷管衬底、涂覆在陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料以及置于陶瓷管内的镍铬加热线圈组成，所述敏感材料为V2O5纳米花结构粉末。
[0014]一种基于V2O5纳米花结构的二甲苯气体传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)取100gV2O5纳米花结构粉末和40mL乙醇溶液混合并在研磨钵中研磨至形成浆糊状；
[0016](2)使用细毛刷蘸取少量浆料均匀地涂覆在外表面带有两条平行设置且彼此分立的环状铂电极的陶瓷管上，形成10～30μm厚的敏感材料薄膜，并使敏感材料完全覆盖在环状铂电极上，自然阴干或在红外灯下烤干，在红外灯下烘烤可以加速敏感材料干燥；
[0017](3)将电阻值为30～40Ω的镍铬加热线圈穿过陶瓷管内部作为加热丝，按照通用旁热式气敏元件进行焊接和封装，制得旁热式气体传感器；
[0018](4)将制得的旁热式气体传感器插在老化台上于200℃老化24h，从而得到基于V2O5纳米花结构的二甲苯气体传感器。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，在上述步骤(4)中，所述老化台为WS
‑
30A气敏元件老化台。
[0020]本专利技术在制备V2O5纳米花结构时可用其他弱酸性水合物来替代原料中的草酸二水合物，如邻苯二甲酸、醋酸等；
[0021]本专利技术传感器在制备过程中可以选择在平面结构或者MEMS结构的器件平台上构造传感器，实现二甲苯气体传感器的制备。
[0022]本专利技术的有益效果是：本专利技术创新性地提出了一种基于V2O5纳米花结构敏感材料的二甲苯气体传感器，采用V2O5纳米花结构的方式，对V2O5材料进行改性，进而使得气体传感器的气敏特性显著提高，与传统的传感器相比，对二甲苯具有较高的响应度和较好的选择性。
附图说明
[0023]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0024]图1为不同溶剂热反应时间条件下制备的V2O5纳米花结构的粉末样品的XRD 图；
[0025]图2为不同溶剂热反应时间条件下制备V2O5纳米花结构粉末样品的SEM图；
[0026]其中：(a)为样品V2O5‑
0.5的SEM图，(b)为样品V2O5‑
1的SEM图(c) 为样品V2O5‑
2的SEM图,(d)为样品V2O5‑
3的SEM图，(e)为样品V2O5‑
4的SEM 图；
[0027]图3为样品V2O5‑
3的EDS谱图及其对应的元素扫描分布图；
[0028]其中：(a)为样品V2O5‑
3的EDS谱图，(b)为样品V2O5‑
3的V元素和O元素的扫描分布图，(c)样品V2O5‑
3的V元素的扫描分布图，(d)样品V2O5‑
3的O 元素的扫描分布图；
[0029]图4为不同溶剂热反应时间条件下制备的V2O5纳米花结构构筑的气体传感器的响应度
‑
工作温度曲线图；
[0030]图5为不同溶剂热反应时间条件下制备的V2O5纳米花构筑的气体传感器的气体选择性柱状图；
[0031]图6为V2O5‑
3气体传感器在300℃下对100ppm二甲苯气体的电阻响应/恢复时间曲线图；
[0032]图7为V2O5‑
3气体传感器在300℃下对100ppm二甲苯气体响应的重复性图和长期稳定性曲线图，其中，(a)为重复性图，(b)为长期稳定性曲线图。
具体实施方式
[0033]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0034]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种V2O5纳米花结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将五氧化二钒和草酸二水合物按照摩尔比1:3加入到盛有20mL去离子水的烧杯中，在80℃下连续磁力搅拌2h，制得蓝色透明的VOC2O4溶液；(2)在室温且连续磁力搅拌的条件下，向步骤(1)中的VOC2O4溶液中缓慢滴加4.68mL质量分数为30％的H2O2溶液，并持续搅拌20min，得到混合溶液A；(3)向混合溶液A中加入60mL乙醇溶液，搅拌30min后得到混合溶液B，将混合溶液B快速转移至水热合成反应釜中，在170℃下保温0.5
‑
4h，并自然冷却至室温，得到黑色产物；(4)将黑色产物用乙醇离心洗涤3次，然后在60℃下干燥12h，并在350℃下连续煅烧2h，制得V2O5纳米花。2.根据权利要求1所述的一种V2O5纳米花结构的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，采用管式电炉进行煅烧，且煅烧时控制管式电炉的升温速率为3℃/min。3.一种基于V2O5纳米花结构的二甲苯气体传感器，由外表面带有两条平行设置且彼此分立的环状铂电极的陶瓷管衬底、涂覆在陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料以及置于陶瓷管内的镍铬加...

【专利技术属性】
技术研发人员：古瑞琴，王晓平，马守逵，王鸿杰，王慧，
申请(专利权)人：太原腾星传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：