基于CdS/Ag2S复合纳米材料的超快正丁醇气体传感器及其制备方法技术

技术编号：40075014 阅读：8 留言：0更新日期：2024-01-17 00:59

基于CdS/Ag<subgt;2</subgt;S复合纳米材料的超快正丁醇传感器及其制备方法，属于半导体气体传感器技术领域。传感器由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;陶瓷管衬底、涂覆在Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料、置于Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;陶瓷管内的镍铬加热线圈组成，敏感材料为纳米棒形态的CdS/Ag<subgt;2</subgt;S纳米敏感材料，微观结构为不规则的Ag<subgt;2</subgt;S纳米颗粒附着在CdS纳米棒上。本发明专利技术利用一维单晶纳米棒的几何效应、贵金属硫化物硫化银的引入产生的电子和化学敏化作用有效地提高了传感器对于正丁醇的敏感特性。此外，本发明专利技术器件工艺简单，成本低廉，体积小，适于大批量生产，在快速有效检测正丁醇领域有广阔的应用前景。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体气体传感器，具体涉及一种基于cds/ag2s复合纳米材料的超快正丁醇气体传感器及其制备方法。

技术介绍

1、正丁醇(c4h9oh)是一种无色透明的有机溶剂，在工业上广泛用作生物化学品的萃取剂、各种涂料的溶剂和表面活性剂。即便是低浓度正丁醇也可产生刺鼻气味并引起麻醉、头痛、角膜损伤等一系列不良症状。更严重的是，当空气中正丁醇气体的体积在1.45～11.25％范围内时，一旦环境温度超过其闪点35℃，就可能发生燃烧或爆炸等事故，从而给人类生命安全和工业生产带来严重威胁。为了保障安全生产和工人的身体健康，工作场所中正丁醇的允许浓度限制在150mg/m3以下。因此，开发具有快速响应/恢复速度、高选择性且可以长期稳定工作的正丁醇气体传感器具有相当重要的意义。

2、目前用于检测正丁醇的方法主要是气相色谱法。但该方法存在无法快速获得实时响应结果、检测设备昂贵、检测过程复杂、对人员要求高等缺点，限制了其在工程中的应用。而基于半导体材料的化学电阻气体传感器具有器件结构简单、制备方便、传感性能优良等优点，是一种很有应用前景的气体传感器。随着纳米科学与技术的发展，通过调控气敏材料的纳米结构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。另外，通过使两种纳米材料相结合，利用它们之间的协同效应及电阻调制作用可以使得气敏性能得到进一步的提升。

3、cds作为一种重要的ii-vi族化合物，广泛应用于光电探测、太阳能电池和光催化等领域，然而由于纯cds相对较高的工作温度和较差的导电性，阻碍了其在气敏领域的应用

技术实现思路

1、本专利技术的目的是提供一种基于cds/ag2s复合纳米材料的超快正丁醇气体传感器及其制备方法。

2、利用cds/ag2s作为敏感材料，一方面以cds作为主体材料，其一维单晶纳米棒结构为电子能够沿着纳米棒的轴向传输提供了有效路径，且在单晶中电子传输不需要跨越多晶界势垒，有利于传感器的快速响应和恢复；另一方面贵金属硫化物ag2s的引入产生了电子和化学敏化效应，cds与ag2s建立的局部异质结对传感器的电阻有额外的调制作用，且ag2s在气敏反应过程中能充当催化剂降低反应的活化能。这几方面的协同作用大幅提高了气体与敏感材料的反应效率，进而提高了传感器的响应。本专利技术所采用的市售管式结构传感器，制作工艺简单、体积小、利于工业上批量生产，因此具有重要的应用价值。

3、本专利技术所述的基于cds/ag2s复合纳米材料的超快正丁醇气体传感器，由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的al2o3陶瓷管衬底、涂覆在al2o3陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料、置于al2o3陶瓷管内的镍铬加热线圈组成；其特征在于：敏感材料为cds/ag2s复合纳米材料，且其由如下步骤制备得到，

4、(1)在含有5～15ml去离子水和15～25ml乙二胺(c2h8n2)的烧杯中加入2～4mmol醋酸镉(cd(ac)2·2h2o)、8～10mmol硫脲(ch4n2s)和硝酸银(agno3)，硝酸银(agno3)摩尔加入量为醋酸镉(cd(ac)2·2h2o)摩尔加入量的1～5％；室温条件下连续剧烈搅拌(转速400～600rpm)20～40分钟至完全溶解形成均匀透明溶液；

5、(2)将步骤(1)中获得的溶液转移到50ml聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在170～180℃下反应8～10小时；反应后自然冷却至室温，将产物离心并用去离子水和乙醇交替清洗数次，再在真空、60～80℃下干燥10～12小时，得到cds/ag2s复合纳米材料粉末。

6、本专利技术所述的一种基于cds/ag2s复合纳米材料的超快正丁醇气体传感器的制备方法，其步骤如下：

7、①取cds/ag2s复合纳米材料5～10mg置入研钵，再滴入1～2ml去离子水，充分混合并研磨形成糊状浆料，然后蘸取少量浆料均匀地涂覆在外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的al2o3陶瓷管表面，形成10～30μm厚的敏感材料薄膜，并使敏感材料完全覆盖环形金电极。al2o3陶瓷管的长为4～4.5mm，外径为1.2～1.5mm，内径为0.8～1.0mm；

8、②将步骤①得到的al2o3陶瓷管在50～80℃下烘烤30～45分钟，待敏感材料干燥后，将电阻值为30～40ω的镍铬加热线圈穿过al2o3陶瓷管内部作为加热丝，最后按照通用旁热式气敏元件进行焊接和封装，从而得到基于cds/ag2s复合纳米材料的超快正丁醇气体传感器。

9、本专利技术制备的基于cds/ag2s复合纳米材料的超快正丁醇气体传感器具有以下优点：

10、1.利用简单且环保的一步溶剂热法就可以制备出cds/ag2s复合纳米材料，合成方法简单，成本低廉；

11、2.传感器的最佳工作温度低，响应恢复速度快，对正丁醇选择性高，且具有良好的稳定性和重复性，在快速检测正丁醇领域有广阔的应用前景；

12、3.采用市售管式传感器，器件工艺简单，体积小，适于大批量生产。

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【技术保护点】

1.一种基于CdS/Ag2S复合纳米材料的超快正丁醇气体传感器，由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的Al2O3陶瓷管衬底、涂覆在Al2O3陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料、置于Al2O3陶瓷管内的镍铬加热线圈组成；其特征在于：敏感材料为CdS/Ag2S复合纳米材料，且其由如下步骤制备得到，

2.如权利要求1所述的一种基于CdS/Ag2S复合纳米材料的超快正丁醇传感器，其特征在于：Al2O3陶瓷管的长为4～4.5mm，外径为1.2～1.5mm，内径为0.8～1.0mm。

3.权利要求1所述的基于CdS/Ag2S复合纳米材料的超快正丁醇传感器的制备方法，其步骤如下：

【技术特征摘要】

1.一种基于cds/ag2s复合纳米材料的超快正丁醇气体传感器，由外表面带有两条平行、环状且彼此分立的金电极的al2o3陶瓷管衬底、涂覆在al2o3陶瓷管外表面和金电极上的敏感材料、置于al2o3陶瓷管内的镍铬加热线圈组成；其特征在于：敏感材料为cds/ag2s复合纳米材料，且其由如下步骤制备得到，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：高原，高雨冰，卢革宇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：

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