铁酸锌/氧化钼纳米材料的制备方法、MEMS硫化氢传感器及其应用技术

本发明专利技术涉及一种铁酸锌/氧化钼纳米材料的制备方法、MEMS硫化氢传感器及其应用，属于MEMS气体传感器技术领域。本发明专利技术所述纳米材料的制备方法包括：（1）固体ZnFe2O4纳米线的制备；（2）MoO

【技术实现步骤摘要】
铁酸锌/氧化钼纳米材料的制备方法、MEMS硫化氢传感器及其应用
[0001]本专利技术涉及一种铁酸锌/氧化钼纳米材料的制备方法、MEMS硫化氢传感器及其应用，属于MEMS气体传感器


技术介绍

[0002]硫化氢气体广泛存在于蔬菜发酵池、化粪池、以及生活污水管道等地方，据研究表明，当蔬菜腌制厂中腌制池里的废液长期存留，就可能会产生大量硫化氢、二氧化硫、氰化氢和甲烷等有毒废气。其中，尤以硫化氢和二氧化硫危害最大。当它们达到一定浓度时，工作人员密切接触腌制池可能会当场致命。当空气中的硫化氢浓度为0.025
‑
0.1ppm时，可以闻到类似于臭鸡蛋的气味，当浓度达到10
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15ppm时，就会出现轻微中毒事件，损伤人的呼吸系统及神经系统，当浓度达到200ppm以上时，会造成头晕、呕吐甚至有致命的可能性，并且硫化氢的可燃性可能会导致爆炸，给公共安全带来了巨大的威胁。
[0003]对于硫化氢等典型的有毒气体，国家要求在可能存在硫化氢气体的场所，必须安装硫化氢气体传感器，因此为营造安全的生产，迫切需要一种微型、高灵敏度、响应恢复时间快、高选择性的硫化氢气体传感器。
[0004]现有的硫化氢气体传感器中，常见的气体传感器敏感材料有二氧化锡、氧化锌、氧化铜，但是目前基于此类气敏材料的气体传感器通常具有灵敏度不高，反应温度高、反应时间长等缺点，大大限制了其发展和实际应用。CN 201711241373.8公开了一种二氧化锡基气敏材料及硫化氢气体传感器芯片的制备方法、硫化氢气体传感器，对硫化氢气体的灵敏度低，对5ppm H2S的响应值只有0.22。CN201910858424.4公开了一种氧化铜微球结构、硫化氢气体传感器及其制备方法，其对硫化氢气体检测的选择性不高，对C2H5OH的响应值为16%，对CH3COOH的响应值为12%。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种铁酸锌/氧化钼纳米材料的制备方法，其制备方法简单易行，制得的复合材料具有更好的表面形态，表面的沟壑形状更易使气体分子附着，循环性更好；本专利技术基于铁酸锌/氧化钼纳米材料制备了一种MEMS硫化氢传感器，其灵敏度高、响应恢复时间快、选择性高；本专利技术还提供了一种MEMS硫化氢传感器的应用，传感器更小的形态使气敏材料的阻值更低，气体吸附时能更精准的测量，可以检测更低浓度硫化氢气体。
[0006]本专利技术所述的铁酸锌/氧化钼（ZnFe2O4/MoO
x
）纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]（1）固体ZnFe2O4纳米线的制备：以乙酰丙酮铁、乙酰丙酮锌为原料，置于PTFE内衬水热反应釜中，进行加热处理；
[0008]（2）MoO
x
纳米颗粒的制备：以钼酸铵和乙二醇为原料进行反应，置于PTFE内衬水热反应釜中高温处理后，离心洗涤，制得MoO
x
纳米颗粒；
[0009]（3）ZnFe2O4/MoO
x
纳米材料的制备：对ZnFe2O4纳米线进行超声处理，然后加入MoO
x
纳米颗粒，采用水相原位沉淀法，制得ZnFe2O4/MoO
x
纳米材料。
[0010]优选的，步骤（1）中，加热处理时，以3
‑
5℃/min的速度升至150
±
2℃，恒温保持12
‑
14h。
[0011]优选的，步骤（2）中，以5
‑
10℃/min的速度升温至180
±
5℃，恒温保持20
‑
24h。
[0012]优选的，步骤（3）中，超声处理温度为50
±
5℃，超声时间为60
±
5min。制得的ZnFe2O4/MoO
x
纳米材料中，ZnFe2O4与MoO
x
的质量比为0.1
‑
0.4：1。
[0013]优选的，ZnFe2O4/MoO
x
纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]①
将乙酰丙酮铁溶解在乙醇中，混合乙酰丙酮锌，在室温下连续搅拌一段时间。搅拌后，将混合物放入PTFE内衬水热反应釜中，并转移到烘箱中，进行加热。加热反应混合物后，反应釜自然冷却至室温，离心分离沉淀，洗涤数次。移入真空烘箱中干燥，即可获得ZnFe2O4纳米线。
[0015]②
称取钼酸铵加入去离子水中，搅拌溶解，加入适量的酒石酸， 继续搅拌，滴加 HCl 调节溶液的 pH 值，将所配制的溶液移入聚四氟乙烯高压反应釜中，旋紧密封反应釜，将其置于恒温箱水热处理。反应结束后自然冷却至室温，分别用蒸馏水和乙醇洗涤，冷冻干燥即获得最终粉体样品，待用。
[0016]③
取上述制备好的MoO
x
纳米粒子溶于蒸馏水中，进行超声处理后，称取上述实验中制备好的ZnFe2O4纳米颗粒，将其加入溶液中进行搅拌使其反应完全后，用离心机对其离心分离，并用去离子水和无水乙醇洗涤、干燥得到ZnFe2O4/MoO
x
固体产物，保存待取。
[0017]基于所述的铁酸锌/氧化钼（ZnFe2O4/MoO
x
）纳米材料的MEMS硫化氢传感器，包括以下制备步骤：
[0018]（1）将来料晶圆上的微热板拾取至特定模具；
[0019]（2）对模具内微热板的悬臂梁处喷涂所述的ZnFe2O4/MoO
x
纳米材料，然后进行材料固化；
[0020]（3）将步骤（2）的微热板进行封装，即得到所述的ZnFe2O4/MoO
x
纳米材料的MEMS醋酸丙酯传感器。
[0021]优选的，步骤（1）中的拾取使用全自动芯片拾取设备进行。
[0022]优选的，步骤（2）中的喷涂使用EHD电流体设备进行。
[0023]优选的，步骤（2）中的喷涂使用80μm毛细玻璃喷嘴。
[0024]优选的，步骤（2）中的固化为在300℃下固化2h。
[0025]进一步优选的，所述方法还包括重复步骤（2）以喷涂三层材料，每层材料的固化条件依次为在260℃下2h、在280℃下2h和在300℃下2h。
[0026]优选的，所述封装包括以下步骤：
[0027]①ꢀ
将微热板与管壳清理后，使用贴片机将微热板与管壳进行粘合，然后进行固化；
[0028]②ꢀ
使用金丝进行微热板引线键合；
[0029]③ꢀ
将密封胶在管壳周围均匀点胶，进行管帽封盖，固化。
[0030]进一步优选的，步骤
①
中的固化为在120℃下固化2h。
[0031]进一步优选的，步骤
②
中的金丝为25μm金丝。
[0032]进一步优选的，步骤
③
中的固化为在120℃下固化1.5h。
[0033]一种MEMS硫化氢传感器的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁酸锌/氧化钼纳米材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）固体ZnFe2O4纳米线的制备：以乙酰丙酮铁和乙酰丙酮锌为原料，置于水热反应釜中，进行加热处理，然后离心洗涤，制得固体ZnFe2O4纳米线；（2）MoO
x
纳米颗粒的制备：以钼酸铵和乙二醇为原料进行反应，置于水热反应釜中高温处理后，离心洗涤，制得MoO
x
纳米颗粒；（3）铁酸锌/氧化钼纳米材料的制备：对ZnFe2O4纳米线进行超声处理，然后加入MoO
x
纳米颗粒，采用水相原位沉淀法，制得所述的铁酸锌/氧化钼纳米材料。2.根据权利要求1所述的铁酸锌/氧化钼纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，加热处理时，以3
‑
5℃/min的速度升温至150
±
2℃，恒温保持12
‑
14h。3.根据权利要求1所述的铁酸锌/氧化钼纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，高温处理时,以5
‑
10℃/min的速度升温至180
±
5℃，恒温保持20
‑
24h。4.根据权利要求1所述的铁酸锌/氧化钼纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，超声处理温度为50
±
5℃，超声时间为60
±
5min；制得的铁酸锌/氧化钼纳米材料中，ZnFe2O4与MoO
x
的质量比为0.1
‑
0.4：1。5.根据权利要求1所述的铁酸锌/氧化钼纳米材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
①ꢀ
将乙酰丙酮铁溶解在乙醇中，混合乙酰丙酮锌，在室温下连续搅拌；然后将混合物放入水热反应釜中，并转移到烘箱中，进行加热；反应完成后，反应釜自然冷却至室温，离心分离沉淀，洗涤；移入真空烘箱中干燥，即获得ZnFe2O4纳米线；

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，杨威，聂岗，孟维琦，王德钊，张芹，李春辉，司继科，汪洋，
申请(专利权)人：山东乾能科技创新有限公司，
类型：发明
国别省市：