氧化钨同质结气敏材料的制备方法、气敏传感器及应用技术

本发明专利技术提供了一种氧化钨同质结气敏材料的制备方法、气敏传感器及应用。本发明专利技术的制备方法，利用水热反应及后续退火制备得到具有同质结的氧化钨复合材料；由正交相WO3·

【技术实现步骤摘要】
氧化钨同质结气敏材料的制备方法、气敏传感器及应用


[0001]本专利技术涉及气敏材料
，尤其涉及一种氧化钨同质结气敏材料的制备方法、气敏传感器及应用。

技术介绍

[0002]在社会快速发展的背景下，人们对于身体健康及环境保护方面的关注度日益增强，对于大气环境及室内区域中的对人有害的污染性气体进行有效监测就显得尤为重要。臭氧是一种典型污染气体，主要由人为排放的NO
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、VOCs等污染物的光化学反应生产。臭氧作为一种强氧化剂，臭氧会使植物叶子变黄甚至枯萎，对植物造成损害，甚至造成农林植物的减产、经济效益下降等。国际环境空气质量标准(National Ambient Air Quality Standards，NAAQS)提出，人在一个小时内可接受臭氧的极限浓度是130ppb。在160ppb臭氧环境中活动1h就会引起咳嗽、呼吸困难及肺功能下降，长时间直接接触高浓度臭氧的人还会出现疲乏、咳嗽、胸闷胸痛、皮肤起皱、恶心头痛、脉搏加速、记忆力衰退、视力下降等症状。
[0003]气敏材料是指对于不同气体具有敏感性会发生性质变化比如电阻变化的一类材料。在众多气敏材料中，金属氧化物半导体(MOS)材料因其高灵敏度、低成本和易于与其他设备集成而被广泛应用，而氧化钨(WO3)因其性质稳定，结构易调控，且具有多样性，所以在气敏材料领域也十分受到人们关注。通过调控构建同质结、异质结结构是一种改善材料电子迁移效率提高气敏性能的有效方式。
[0004]目前的氧化钨基气敏材料，还存在一些问题，比如说工作温度较高，响应性能不稳定，灵敏度不高，不能检测低浓度气体等。
[0005]基于目前的氧化钨基气敏材料的缺陷，需要对此进行改进。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提出了一种氧化钨同质结气敏材料的制备方法、气敏传感器及应用，以解决或部分解决现有技术中存在的的技术问题。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种氧化钨同质结气敏材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将钨粉加入至过氧化氢溶液中进行反应，将反应后的上清液与水混合，得到前驱体溶液；
[0009]将前驱体溶液于180～220℃下进行水热反应，反应完成后将产物分离，干燥得到前驱体粉末；
[0010]将前驱体粉末进行退火，即得氧化钨同质结气敏材料。
[0011]优选的是，所述的氧化钨同质结气敏材料的制备方法，将前驱体粉末于200～450℃下退火，即得氧化钨同质结气敏材料。
[0012]优选的是，所述的氧化钨同质结气敏材料的制备方法，所述过氧化氢溶液的质量浓度为28～30％。
[0013]优选的是，所述的氧化钨同质结气敏材料的制备方法，水热反应时间为8～12h。
[0014]优选的是，所述的氧化钨同质结气敏材料的制备方法，将前驱体粉末以3～5℃/min升温至200～450℃，并退火1～3h，即得氧化钨同质结气敏纳米材料。
[0015]优选的是，所述的氧化钨同质结气敏材料的制备方法，将钨粉加入至过氧化氢溶液中进行反应的步骤中，钨粉与过氧化氢溶液的质量体积比为(1.35～2.7)g:(10～20)mL；
[0016]将反应后的上清液与水混合的步骤中，上清液与水的体积比为(3～6):(12～24)。
[0017]优选的是，所述的氧化钨同质结气敏材料的制备方法，将钨粉加入至过氧化氢溶液中搅拌反应5～30min，将反应后的上清液于水混合搅拌5～30min，即得前驱体溶液。
[0018]第二方面，本专利技术还提供了一种气敏传感器，包括基体以及涂覆于所述基体上的气敏材料，所述气敏材料为所述的制备方法制备得到的氧化钨同质结气敏材料。
[0019]第三方面，本专利技术还提供了一种所述的制备方法制备得到的氧化钨同质结气敏材料或所述的气敏传感器在检测臭氧气体浓度中的应用。
[0020]优选的是，所述的应用，检测时温度为90～140℃。
[0021]本专利技术的一种氧化钨同质结气敏材料的制备方法及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0022]1、本专利技术的氧化钨同质结气敏材料的制备方法，制备得到的氧化钨同质结气敏材料，氧化钨n
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n同质结结构为材料表面提供了丰富的自由电子，并且促进电子空穴对分离，增加了电子迁移效率，对改善氧化钨基材料在低温下的气敏性能有重要意义；
[0023]2、本专利技术的氧化钨同质结气敏材料有效解决了目前纯氧化钨半导体气敏材料存在的一系列问题，如灵敏度低、稳定性差、工作温度高等问题，并扩大了其应用范围。本专利技术的一种氧化钨同质结气敏材料对于低浓度臭氧气体响应具有高灵敏度和稳定性，能在90～140℃较低温度下工作且具有良好性能；
[0024]3、本专利技术的氧化钨同质结气敏材料的制备方法，操作简单，原料易得，设备使用成本低。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术的氧化钨同质结气敏材料的制备方法流程示意图；
[0027]图2～3为本专利技术实施例1中制备得到的氧化钨同质结气敏材料在不同倍率下的SEM图；
[0028]图4为本专利技术实施例1中制备得到的氧化钨同质结气敏材料的XRD图；
[0029]图5为本专利技术实施例1中制备得到的气敏传感器在120℃下对3ppm臭氧气体的响应速度和恢复速度图；
[0030]图6为本专利技术实施例1、实施例3～4制备得到的氧化钨同质结气敏材料的响应值；
[0031]图7为本申请实施例1中制备得到的氧化钨同质结气敏材料应用的气敏传感器的响应重复性图；
[0032]图8为本申请实施例1中制备得到的氧化钨同质结气敏材料应用的气敏传感器的响应稳定性图；
[0033]图9为专利技术实施例1中制备得到的气敏传感器在120℃下对不同浓度臭氧气体的响应图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]本申请实施例提供了一种氧化钨同质结气敏材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0036]S1、将钨粉加入至过氧化氢溶液中进行反应，将反应后的上清液与水混合，得到前驱体溶液；
[0037]S2、将前驱体溶液于180～220℃下进行水热反应，反应完成后将产物分离，干燥得到前驱体粉末；
[0038]S3、将前驱体粉末进行退火，即得氧化钨同质结气敏材料。
[0039]需要说明的是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化钨同质结气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将钨粉加入至过氧化氢溶液中进行反应，将反应后的上清液与水混合，得到前驱体溶液；将前驱体溶液于180～220℃下进行水热反应，反应完成后将产物分离，干燥得到前驱体粉末；将前驱体粉末进行退火，即得氧化钨同质结气敏材料。2.如权利要求1所述的氧化钨同质结气敏材料的制备方法，其特征在于，将前驱体粉末于200～450℃下退火，即得氧化钨同质结气敏材料。3.如权利要求1所述的氧化钨同质结气敏材料的制备方法，其特征在于，所述过氧化氢溶液的质量浓度为28～30％。4.如权利要求1所述的氧化钨同质结气敏材料的制备方法，其特征在于，水热反应时间为8～12h。5.如权利要求2所述的氧化钨同质结气敏材料的制备方法，其特征在于，将将前驱体粉末以3～5℃/min升温至200～450℃，并退火1～3h，即得氧化钨同质结气敏纳米材料。6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珍，谢铭毅，王洋，丁建，冯江涛，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：