【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属氧化物半导体纳米材料，涉及一种贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、大气中常见的有毒气体有:co、so2、no2和h2s等。以上气体浓度过高时会引起人体的急性中毒，甚至会引起生理功能障碍等严重后果。此外，长期接触来自于建筑材料、汽车尾气、燃料燃烧以及工业生产所带来的具有挥发性的有机化合物(vocs)，即便是较低的浓度，也可引起慢性中毒，对人类的神经系统、血液系统甚至儿童的脑部发育等造成严重的危害。因此，研究开发对有害气体响应快，选择性和稳定性好，最佳工作温度低，气敏灵敏度优良的氧化钨基气敏传感器成为当下的研究热点之一。
2、钨基半导体气敏传感器的传感机理目前应用最为广泛的是吸附-脱附模型。这种模型是指被监测气体在气敏材料表面发生吸附或脱附反应引起的材料电学性质发生变化，从而达到检测气体的目的。由此，材料的气敏性能与其有效比表面积、固有结构与缺陷、活性点位数量息息相关，这一点也可以在许多报道中得到证实。
3、为解决钨基气敏材料的高工作温度问题，并结合钨基气敏传感器的传感机理，纳米结构气敏材料的设计与开发已经成为重要研究方向之一。大量实验研究表明，目前可以通过各种不同方式得到具有良好气敏性能的多维度纳米结构气敏传感器。所述的纳米结构，根据其维度分类，主要可以分为零维纳米结构(纳米颗粒等)、一维纳米结构(纳米线、纳米管等)、二维纳米结构(纳米薄膜、纳米片等)、三维纳米结构(海胆状、类花状、空心微球等)及低维度纳米结构组装的多维度纳米结构。这些纳米结构因其具有独特的性质例
4、截止到目前为止，采用两步水热法制备三维自主装in0.02wo3/wo3材料还鲜有研究，而其对金属氧化钨的结构的调控与改性具有很大的操作性，且少有金属半导体氧化物传感器将检测温度控制在100℃及以下，故有必要开发一种能将复合材料的相组成和纳米复合结构优势相结合的in0.02wo3/wo3材料制备方法，以实现对丙酮等待测气体的检测温度控制在100℃左右。
技术实现思路
1、专利技术目的
2、为解决现有技术in0.02wo3材料在制备过程中存在的制备过程复杂、热力学不稳定、复合微结构单一、团聚程度较高且比表面积小等问题，本专利技术提供一种贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料及其制备方法。
3、技术方案
4、一种贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料，贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料是由in0.02wo3与wo3复合而成，在贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料中存在着许多由钨和氧原子间间隙组成的隧道，铟离子在隧道中心位置两侧随机分布。
5、进一步的，贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料的结构是由无数个中空球组成的，单个贫铟钨青铜相结构中空球分散性良好，微球直径2-3μm，厚度为450nm-520nm，微球内含有直径大于1nm且小于等于2nm的微孔、直径大于2nm且小于等于50nm的介孔，直径大于50nm且小于等于100nm的大孔，单个贫铟钨青铜相结构中空球是由镶嵌块状板条组装成的中空球结构，镶嵌块状板条长度为50-250nm，高度为10-50nm，宽度为20-100nm。
6、一种如所述的贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料的制备方法，方法步骤如下：
7、步骤一、将装有去离子水的容器在50-80℃的水浴条件下，加入硫酸钠至去离子水中使其浓度为5.8-8.2g/100ml，在500-800rpm转速下搅拌0.5-1.5h，迅速将装有去离子水的容器置于0℃冰水混合物中在1s内降低转速到100-300rpm，持续搅拌10-20min，营造过饱和硫酸钠溶液环境；
8、步骤二、在步骤一所得过饱和硫酸钠溶液环境中，加入硝酸铟，硫酸钠与硝酸铟质量比是(3.8-4.2):1，同时加入nh4cl作为活性辅助剂和ph值调节剂，nh4cl和in(no3)3质量比为(0.5-2):1，在700～1200rpm的速度下搅拌0.5-1.5h，将容器从零摄氏度冰水混合物中转移到水热反应釜中，充容比为(3.5-4.2)：5，在160-180℃且35-40mpa恒压下水热反应3-4h后，自然冷却至130-160℃再反应6-10h；
9、步骤三、将步骤二所得产物离心，离心后的固体转移至冷冻干燥机中在-30～-60℃下干燥20-40h，得到氧化铟前驱体并放入真空罐中抽真空后保存以保存其活性；
10、步骤四、将钨酸钠、草酸和氯化铵依次加入到去离子水中，钨酸钠、草酸和氯化铵摩尔比为(0.3-1.2):(1-1.2):(0.1-0.5)，固液质量比为(0.30-0.31):15，在1000-1300rpm的条件下室温搅拌1-2h，将浓度为6-10mol/l的hcl以2-7滴/s加入到去离子水中，使hcl和去离子水的质量比为(0.8-1.4):6持续搅拌1-1.5h，加入步骤三的产物，并以1-3℃升温50-70min，持续搅拌1-3h转移至水热反应釜中，充容比为(3.5-4.2)：5，于150～220℃的温度和35～40mpa的压力下水热反应5～18h，自然冷却到室温得到黄色悬浊混合溶液，并对其进行3000-4500rpm离心，离心得到的固体通过乙醇洗涤3-5次，最终制得贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料。
11、优点及效果
12、(1)在贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料的结构中铟离子分布在隧道中的两个偏离中心的位置上，立体化学活性孤对(in1+5s2)与w6+配位并将w6+6s2电子活化，根据热力学定律δg＝δh-tδs，在热力学稳定的基础上增强系统熵变受温度影响的正相关性，降低达到δg<0的温度阈值，以达到降低工作温度的目的；
13、(2)使用nh4cl作为活性辅助剂和ph值调节剂，其中铵根离子水解致溶液呈弱酸性，增大inso4·5h2o+的浓度，cl-受到inso4·5h2o+的吸引，在高温高压作用下形成表面覆盖cl-的氧化铟八面体(inoclx)，其可以使w6+电子活化并占据其部分间隙为in+的进入提供隧道，使其形成均匀稳定的htb相；
14、(3)制备方法简单、成本低廉且易于合成，对丙酮气体的灵敏度高，工作温度低。本专利技术高活性低功率镶嵌块状板条复合材料在气敏检测半导体材料中(工作温度为100℃，检测10ppm丙酮灵敏度达到119)首次将丙酮在低温检测灵敏度达到100以上，具有良好的工业应用前景。
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1.一种贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料，其特征在于：贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料是由In0.02WO3与WO3复合而成，在贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料中存在着许多由钨和氧原子间间隙组成的隧道，铟离子在隧道中心位置两侧随机分布。
2.根据权利要求1所述的贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料，其特征在于：贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料的结构是由无数个中空球组成的，单个贫铟钨青铜相结构中空球分散性良好，微球直径2-3μm，厚度为450nm-520nm，微球内含有直径大于1nm且小于等于2nm的微孔、直径大于2nm且小于等于50nm的介孔，直径大于50nm且小于等于100nm的大孔，单个贫铟钨青铜相结构中空球是由镶嵌块状板条组装成的中空球结构，镶嵌块状板条长度为50-250nm，高度为10-50nm，宽度为20-100nm。
3.一种如权利要求1或2所述的贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料的制备方法，其特征在于：方法步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料，其特征在于：贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料是由in0.02wo3与wo3复合而成，在贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料中存在着许多由钨和氧原子间间隙组成的隧道，铟离子在隧道中心位置两侧随机分布。
2.根据权利要求1所述的贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料，其特征在于：贫铟钨青铜相镶嵌块组装的复合材料的结构是由无数个中空球组成的，单个贫铟钨青铜相结构中空球分散性良好，微球直径2...
【专利技术属性】
技术研发人员：李明春，牟翰林，曲晓涵，王瑞旸，简亮，吴玉胜，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：
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