一种复合材料气敏传感器及其的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：S1：采用液相刻蚀法制备手风琴状的Ti3C2T

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料气敏传感器及其的制备方法


[0001]本专利技术涉及气敏传感器
，尤其是指一种复合材料气敏传感器及其的制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业和制造业的不断发展，环境污染也成为了社会发展的副产品。二氧化氮(NO2)是一种极其危险的气体，主要由工厂燃烧、汽车尾气、煤矿开采产生。研究表明，极少量的二氧化氮就会对人体造成损伤，浓度约1ppm的二氧化氮会对呼吸系统和眼睛造成不同程度的损伤。更重要的是，长时间暴露在高浓度的二氧化氮中甚至会危及人类的生命。一般来说，NO2允许浓度
‑
时间加权平均值(PC
‑
TWA)不应超过10mg/m3(约5.3ppm)。此外，NO2也是造成酸雨的主原因，酸雨会对农作物造成广泛的损害。
[0003]在上个世纪，金属氧化物半导体(MOS)就作为气敏材料被广泛应用于有毒气体的检测。其中，将ZnO、SNO2、WO3、CuO、In2O3、TiO2、Fe2O3等金属氧化物制成的金属氧化物半导体传感器因具有制作简单、安全、廉价等特点被广泛应用于NO2的检测。但上述金属氧化物半导体传感器对NO2的选择性差，响应速度低，响应/恢复速度慢，工作温度高，无法很好地应用于NO2检测的实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种复合材料气敏传感器及其的制备方法，提高响应速度的同时使气敏传感器具有高选择性。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种复合材料气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：采用液相刻蚀法制备手风琴状的Ti3C2T
x MXene前驱体；
[0008]S2：采用水热法将无水醋酸铜与Ti3C2T
x MXene前驱体混合后溶解于无水乙醇中，得到均匀分散的p
‑
n异质结Ti3C2T
x
/CuO介孔材料；
[0009]S3：将p
‑
n异质结Ti3C2T
x
/CuO介孔材料的粉末分散在乙醇溶剂中，经过超声得到均匀的分散液，将分散液滴铸在SiO2/Si衬底的Au/Cr叉指电极上，经过加热干燥之后形成敏感层，得到Ti3C2T
x
/CuO气敏传感器。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的另一个技术方案为：
[0011]一种复合材料气敏传感器，通过如上述的Ti3C2T
x
/CuO气敏传感器的制备方法制备得到。
[0012]本专利技术的有益效果在于：本专利技术制作的Ti3C2T
x
/CuO气敏传感器在23℃对浓度为100ppm NO2气体的响应度为56.99％，该响应度是纯Ti3C2T
x
传感器的5倍，且Ti3C2T
x
/CuO传感器对20ppm NO2的响应/恢复时间分别为16.6/31.1s。此外，所制备的Ti3C2T
x
/CuO传感器表现出了良好的可逆性、对NO2的优异选择性以及在室温下的长期稳定性，并且在相对湿度较高的情况下，仍然保持着不错的响应性能。
附图说明
[0013]图1为Ti3C2T
x
及Ti3C2T
x
/CuO介孔材料的合成工艺示意图；
[0014]图2为CuO、Ti3C2T
x
和Ti3C2T
x
/CuO介孔材料的XRD谱图；
[0015]图3中(a)
‑
(b)分别为CuO的低倍和高倍SEM图像，(c)
‑
(d)分别为Ti3C2T
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的低倍和高倍SEM图像，(e)
‑
(f)分别为Ti3C2T
x
/CuO介孔材料的低倍和高倍SEM图像；(g)
‑
(k)分别为Ti3C2T
x
/CuO介孔材料的EDX元素映射以及相应的元素映射图；
[0016]图4中(a)
‑
(c)分别为CuO制备产物的TEM和HRTEM图像，(d)
‑
(f)分别为Ti3C2T
x
制备产物的TEM和HRTEM图像，(g)
‑
(i)分别为Ti3C2T
x
/CuO介孔材料的TEM和HRTEM图像；
[0017]图5中(a)为Cu样品的XPS光谱，(b)为Ti样品的XPS光谱，(c)为O样品的XPS光谱，(d)为C样品的XPS光谱；
[0018]图6中(a)CuO、Ti3C2T
x
和Ti3C2T
x
/CuO的FT
‑
IR光谱，(b)CuO、Ti3C2T
x
和Ti3C2T
x
/CuO介孔材料的紫外吸收光谱；
[0019]图7(a)Ti3C2T
x
的N2吸附
‑
脱附等温线，(b)Ti3C2T
x
/CuO介孔材料的N2吸附
‑
脱附等温线；
[0020]图8中(a)
‑
(b)为Ti3C2T
x
和Ti3C2T
x
/CuO气敏传感器在23℃下暴露在浓度从1ppm到50ppm不等的NO2时的动态响应曲线；(c)为Ti3C2T
x
和Ti3C2T
x
/CuO传感器归一化响应曲线；(d)为23℃时Ti3C2T
x
和Ti3C2T
x
/CuO气敏传感器归一化响应曲线与NO2气体浓度的函数关系；
[0021]图9中(a)为23℃时Ti3C2T
x
/CuO气敏传感器对10ppm NO2气体的响应和恢复时间曲线图；(b)为Ti3C2T
x
/CuO气敏传感器对10ppm NO2的重复性曲线图；(c)为在23℃下，Ti3C2T
x
/CuO气敏传感器对100ppm各种干扰气体的选择性曲线图；(d)为Ti3C2T
x
/CuO气敏传感器在23℃下对100ppm NO2的长期稳定性曲线图；
[0022]图10中(a)
‑
(b)为相对湿度对Ti3C2T
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/CuO气敏传感器在23℃下对100ppm NO2气体传感响应的影响图；
[0023]图11为23℃下Ti3C2T
x
/CuO气敏传感器对NO2气体的气体传感机理示意图。
具体实施方式
[0024]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0025]请参照图1
‑
图11，一种Ti3C2T
x
/CuO气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0026]S1：采用液相刻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料气敏传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采用液相刻蚀法制备手风琴状的Ti3C2T
x MXene前驱体；S2：采用水热法将无水醋酸铜与Ti3C2T
x MXene前驱体混合后溶解于无水乙醇中，得到均匀分散的p
‑
n异质结Ti3C2T
x
/CuO介孔材料；S3：将p
‑
n异质结Ti3C2T
x
/CuO介孔材料的粉末分散在乙醇溶剂中，经过超声得到均匀的分散液，将分散液滴铸在SiO2/Si衬底的Au/Cr叉指电极上，经过加热干燥之后形成敏感层，得到Ti3C2T
x
/CuO气敏传感器。2.根据权利要求1所述的一种复合材料气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体为，将Ti3AlC2粉末溶解于HF溶液中得到混合溶液，搅拌后进行离心，使悬浮物从混合溶液中分离，并清洗悬浮物，直至pH值达到6，得到沉淀物，对沉淀物进行干燥处理，得到Ti3C2T
x Mxene前驱体。3.根据权利要求2所述的一种复合材料气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中混合溶液需搅拌24h，并以8000rpm的转速离心5min～6min，使悬浮物从混合溶液中分离。4.根据权利要求1所述的一种复合材料气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为，将Ti3C2T
x Mxene前驱体的粉末与无水醋酸铜混合后溶解于无水乙醇中，搅拌并进行超声处理，在140℃～160℃条件下反应11h～12h后，冷却至室温，用无水乙醇和去离子水冲洗并收集...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭福强，冯成，白海能，张保花，张政，陈云飞，吴涣星，
申请(专利权)人：昌吉学院，
类型：发明
国别省市：