【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体传感器，特别是涉及一种高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料的制备及应用。
技术介绍
1、甲醛作为一种重要的原料被广泛使用，对其进行检测与监测也是安全生产中的关键一环。长期暴露在甲醛气体中会对人体健康造成损害，吸入甲醛气体会产生呼吸道刺激症状，造成咽部水肿、咽炎、咳嗽等，严重时还会引起支气管痉挛，甚至支气管哮喘。因此，高性能甲醛传感器的研究迫在眉睫。近年来，随着传感器技术的不断发展，气体传感器已成为检测有害气体的有效手段之一。如li等人通过杨树分枝制备了均匀的中孔分布和大比表面积的cr2o3管束传感材料，在最佳工作温度为133℃时，对100ppm丙酮气体响应为110.1(du,l.；li,y.；tong,y.；zhang,m.,biotemplates based preparation of hierarchicalznsno3porous nanostructures for fast detection of formaldehyde.ceramicsinternational.2021,47,13139-13146.)。许多具有高灵敏度和选择性的金属氧化物半导体气体传感器实现了对目标气体的有效检测，但仍存在着选择性差和工作温度较高的问题，阻碍了其进一步的实际应用。而如何降低金属氧化物半导体的工作温度，提高灵敏度响应，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料的制备及应用，以解决上述
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术的技术方案之一：一种高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料，是由in2o3负载znco2o4组成的复合材料；
4、所述znco2o4在复合材料中的负载量为6～20wt.％。
5、进一步地，所述in2o3的形貌为管状；所述znco2o4的形貌为花状。
6、本专利技术的技术方案之二：一种上述高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：
7、按负载量，将znco2o4前驱体和in2o3前驱体混合均匀，高温烧结，得到所述高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料。
8、进一步地，所述高温烧结的升温速率为5～10℃/min，温度为400～500℃，时间为2～3h。
9、进一步地，所述znco2o4前驱体的制备方法，包括以下步骤：
10、将2-甲基咪唑以溶液的形式滴加到锌源和钴源的混合溶液中，分散均匀(超声分散20min)后进行水热反应，得到所述znco2o4前驱体。
11、进一步地，所述锌源包括硝酸锌；所述钴源包括硝酸钴；所述锌源和钴源的质量比为1:2～1:4；
12、所述锌源和2-甲基咪唑的质量比为1:2～1:3；
13、所述水热反应的温度为100～120℃，时间为6～24h。
14、进一步地，所述in2o3前驱体的制备方法，包括以下步骤：
15、将铟源和对苯二甲酸加入溶剂中，搅拌均匀(机械搅拌10～20min)，然后进行水热反应，得到所述in2o3前驱体。
16、进一步地，所述铟源包括硝酸铟；所述铟源和对苯二甲酸的质量比为1:1～1:1.5；
17、所述水热反应的温度为100～120℃，时间为6～24h。
18、本专利技术以管状in2o3为基体材料制备了一系列不同比例的新型znco2o4/in2o3复合气敏材料，并研究该复合气敏材料对目标气体(甲醛)的灵敏度响应特性及响应机理，发现该复合气敏材料的最佳工作温度为75℃，其在最佳温度下对10ppm的甲醛的灵敏度响应为179.9。
19、本专利技术的复合气敏材料的响应机理为：in2o3为n型半导体，znco2o4为p型半导体，两种带有相反电荷的载流子会产生内建电场，形成p-n异质结，与纯in2o3相比，znco2o4/in2o3复合气敏材料的阻值是由表面吸附产生的电子耗尽层以及p-n异质结协同作用决定的。在空气中，由于p-n结的存在，电子与空穴的湮灭形成较厚的电子耗尽层，内部阻止了自由电子的迁移，导致阻值大大增加；在甲醛气体中，重新释放的电子进入znco2o4导带中与空穴重组，降低了p-n结两侧的载流子浓度，抑制了内建电场中电子与空穴的湮灭，使得电子耗散层变薄，获得比纯in2o3更低的阻值，从而使得znco2o4/in2o3复合气敏材料具有更好的甲醛气敏传感特性。
20、本专利技术的技术方案之三：一种上述高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料在甲醛气体检测中的应用。
21、进一步地，所述甲醛气体为低浓度甲醛气体，浓度≤10ppm。
22、本专利技术公开了以下技术效果：
23、(1)本专利技术的钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料具有选择性高、灵敏度高、工作温度低等优点，解决了现有的金属氧化物气敏传感材料工作温度高、检测灵敏度低的问题，为新型气敏传感材料的研发与利用提供了重要的理论意义和实际应用价值。
24、(2)本专利技术通过采用溶剂热法、高温煅烧等方法，并通过调控原料复合比例制备出选择性高、灵敏度高、工作温度低的复合气敏材料。当znco2o4前驱体与in2o3前驱体按照6：94的质量比混合烧结时得到最佳气敏性能材料，并且随着复合材料比例的升高，性能呈现下降趋势。
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1.一种高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料，其特征在于，是由In2O3负载ZnCo2O4组成的复合材料；
2.根据权利要求1所述的高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料，其特征在于，所述In2O3的形貌为管状；所述ZnCo2O4的形貌为花状。
3.一种权利要求1～2任一项所述的高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高温烧结的升温速率为5～10℃/min，温度为400～500℃，时间为2～3h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述ZnCo2O4前驱体的制备方法，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述锌源包括硝酸锌；所述钴源包括硝酸钴；所述锌源和钴源的质量比为1:2～1:4；
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述In2O3前驱体的制备方法，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述铟源包括硝酸铟；所述铟源和对苯二甲酸的质量比为1:1～
9.一种权利要求1～2任一项所述的高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料在甲醛气体检测中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述甲醛气体为低浓度甲醛气体，浓度≤10ppm。
...【技术特征摘要】
1.一种高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料，其特征在于，是由in2o3负载znco2o4组成的复合材料；
2.根据权利要求1所述的高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料，其特征在于，所述in2o3的形貌为管状；所述znco2o4的形貌为花状。
3.一种权利要求1～2任一项所述的高响应钴酸锌/三氧化二铟复合气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高温烧结的升温速率为5～10℃/min，温度为400～500℃，时间为2～3h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述znco2o4前驱体的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜丽丽，张瑞佳，于海涛，胡正彪，张颖颖，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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