基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的三乙胺气体传感器及制备方法技术

一种基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的三乙胺气体传感器及其制备方法，属于气体传感器技术领域。由从下至上的带有Pd金属叉指电极的Al2O3衬底和涂覆在Pd金属叉指电极上的基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的敏感层组成。本发明专利技术中，n

【技术实现步骤摘要】
基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的三乙胺气体传感器及制备方法


[0001]本专利技术属于气体传感器
，具体涉及一种基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的三乙胺气体传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]当前社会正处于工业和科技快速发展的阶段。然而，工业发展会伴随着严重的大气污染问题，已严重威胁到了人类的正常生活。例如，常见的空气污染物有甲醛、三乙胺、二氧化氮和苯类等气体，往往来自于我们日常生活中的家具或汽车尾气的排放等。这些易燃易爆的有毒气体被人体吸入以后会对人类的身体健康带来严重的伤害。因此，建设环境友好型社会对人类社会的顺利转变与可持续发展有着深远的意义。
[0003]三乙胺是一种爆炸性和刺激性气体，在工业中被广泛用作催化剂、防腐剂、有机溶剂和合成染料。当浓度超过空气中10ppm的阈值时，它会对健康造成很大损害，例如皮肤烧伤、头痛和肺水肿。此外，当其蒸汽与空气混合并暴露在火焰中时，会引起爆炸。因此，开发响应度高、检测下限低、响应速度快的三乙胺气体传感器具有重要意义。
[0004]气敏材料的化学组成对其气敏性能有着至关重要的影响，其中以CdIn2S4为代表的三元过渡金属硫化物，因其优异的物化稳定性、热稳定性以及Cd元素和 In元素电负性的共同作用导致对气体的吸附作用增强。使其成为有潜力的新型气体传感材料。而对敏感材料进行响应提升方法有很多，如进行贵金属的修饰、掺杂或者构建异质结等。其中通过构建异质结具有灵活、高效的特点，所以被广泛应用于气体探测、能量储存和光催化之中。
[0005]CdIn2S4与CdS具有合适的导带和价带位，有助于电子的跨界转移。因此，结合上述特性，通过水热法制备的多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料可有效促进电荷的分离和转移，从而提高传感材料的敏感特性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的三乙胺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三乙胺的气敏响应，适于大批量生产，具有重要的应用价值。
[0007]本专利技术所述的一种基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的三乙胺气体传感器，由从下至上的带有Pd金属叉指电极的Al2O3衬底和涂覆在Pd金属叉指电极上的基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的敏感层组成。
[0008]本专利技术所述的一种基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的三乙胺气体传感器的制备方法，其步骤如下：
[0009]1、Pd金属叉指电极的处理：
[0010]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6～10分钟，最
后在100～120℃下干燥；
[0011]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0.15～0.20毫米，厚度为100～150纳米，叉指电极的对数为 5～15对。
[0012]2、纯CdIn2S4纳米敏感材料、多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的制备：
[0013]①
纯CdIn2S4纳米敏感材料的制备：
[0014]将0.4～0.6克氯化铟、0.4～0.6克硫代乙酰胺和0.25～0.35克硝酸镉加入到60～80毫升乙二醇中，在室温下超声20～40分钟，150～170℃下反应20～30 小时；然后离心，离心产物用乙醇和去离子水交替清洗2～5次，再在60～80℃下干燥，得到纯CdIn2S4纳米敏感材料；
[0015]②
多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的制备：
[0016]将0.4～0.6克氯化铟、0.3～0.5克硫代乙酰胺、0.25～0.35克硝酸镉和平均分子量为7000～9000的0.02～0.04克聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到40～60毫升乙二醇中，在室温下超声20～40分钟，制成溶液A；
[0017]将0.1～0.5克硝酸镉、0.05～0.3克硫代乙酰胺和0.006～0.009克十二烷基苯磺酸钠(SDBS)加入到10～30毫升乙二醇中，在室温下超声10～20分钟，制成溶液B；
[0018]将溶液B缓慢滴入溶液A中，磁力搅拌10～20分钟后超声15～30分钟；将混合后的溶液转移到反应釜，在150～170℃下水热反应20～30小时；然后离心，离心产物分别用乙醇和去离子水交替清洗2～5次，再在60～80℃下干燥；干燥产物在氮气保护下于120～200℃烧结处理0.5～2小时，得到多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料。
[0019]3、基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的三乙胺气体传感器的制备：
[0020]将多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料放入研钵中，研磨15～30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Pd金属叉指电极上，使其覆盖Pd金属叉指电极和Al2O3衬底；然后在70～90℃下烘干，得到厚度为2～5微米的多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料敏感层；最后在相对湿度为20％～40％RH、温度为20～35℃的环境中，在80～120毫安的直流电下老化48～72小时，从而得到基于多孔花状 CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的三乙胺气体传感器。
[0021]本专利技术利用北京埃利特科技有限公司生产的(CGS
‑
1TP型)气敏性能测试仪对其三乙胺气敏性能进行测试。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：在本专利技术中，通过一步水热法合成了多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料。其中，n
‑
n异质结的形成有助于载流子的分离和转移。此外，与CdIn2S4相比，CdS/CdIn2S4异质结纳米复合敏感材料多孔的花状结构为气体提供了更多的活性位点和扩散通道来提高气敏响应，对三乙胺气体具有良好的检测性能，同时本专利技术采用的工艺简单，制得的器件体积小，适于大批量生产，因而具有重要的应用价值。
附图说明
[0023]下面将结合描述中所需要使用的附图对实施例或现有技术作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一部分实施例，对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的三乙胺气体传感器，其特征在于：由从下至上的带有Pd金属叉指电极的Al2O3衬底和涂覆在Pd金属叉指电极上的基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的敏感层组成，其中多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料由如下步骤制备得到，将0.4～0.6克氯化铟、0.3～0.5克硫代乙酰胺、0.25～0.35克硝酸镉和平均分子量为7000～9000的0.02～0.04克聚乙烯吡咯烷酮加入到40～60毫升乙二醇中，在室温下超声20～40分钟，制成溶液A；将0.1～0.5克硝酸镉、0.05～0.3克硫代乙酰胺和0.006～0.009克十二烷基苯磺酸钠加入到10～30毫升乙二醇中，在室温下超声10～20分钟，制成溶液B；将溶液B缓慢滴入溶液A中，磁力搅拌10～20分钟后超声15～30分钟；将混合后的溶液转移到反应釜，在150～170℃下水热反应20～30小时；然后离心，离心产物分别用乙醇和去离子水交替清洗2～5次，再在60～80℃下干燥；干燥产物在氮气保护下于120～200℃烧结处理0.5～2小时，得到多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料。2.如权利要求1所述的一种基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的三乙胺气体传感器，其特征在于：CdS/CdIn2S4为纳米片组装成的纳米花，纳米片厚度为10nm
‑
20nm。3.如权利要求1所述的一种基于多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料的三乙胺气体传感器，其特征在于：多孔花状CdS/CdIn2S4异质结复合敏感材料敏感层...

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