一种双层膜结构丙酮气体传感器及其制备方法和应用技术

技术编号：41595436 阅读：30 留言：0更新日期：2024-06-07 00:05

本发明专利技术提供了一种双层膜结构丙酮气体传感器及其制备方法和应用，属于半导体氧化物气体传感器技术领域。本发明专利技术提供了一种空心微球ZnO作为传感层、Bi<subgt;2</subgt;Sn<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;纳米颗粒作为覆盖层的双层膜丙酮气体传感器，Bi<subgt;2</subgt;Sn<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;作为烧绿石结构氧化物是近年来研究者们探究新材料的一个方向，锡酸铋在单位细胞中有352个原子，是用粉末衍射解决的最复杂的氧化物晶体结构之一，Bi<subgt;2</subgt;Sn<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;纳米颗粒基覆盖层的构筑引入，提高了氧化锌基传感层的灵敏度、选择性和抗湿性，与单层ZnO丙酮气体传感器相比，双层膜结构(Bi<subgt;2</subgt;Sn<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;覆盖层/空心微球ZnO传感层)丙酮气体传感器对0.5～1000ppm的丙酮气体的灵敏度、选择性和抗湿性有了明显的提高。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体氧化物气体传感器，尤其涉及一种双层膜结构丙酮气体传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

1、丙酮气体被认为是糖尿病早期诊断的关键呼气标志物。在健康个体中，呼吸中的丙酮浓度在0.3～0.9ppm之间。然而，据报道，在糖尿病患者呼出的气体中，丙酮浓度超过1.8ppm。因此，检测丙酮气体浓度已成为糖尿病早期监测的一种新方法。在糖尿病的早期阶段进行更好的管理，不仅有可能减少与该疾病相关的死亡率，而且有可能降低医疗成本。丙酮传感器因其在糖尿病诊断中的应用前景广阔而被认为是一个有吸引力的研究领域。金属氧化物半导体(mos)气体传感器具有易于集成、制造简单和成本低的优点，而受到广泛关注。然而，金属氧化物半导体是潜在的呼吸检测候选人，但是mos化学传感器的水中毒问题严重阻碍了其在呼吸检测中的实际应用。在过去的60年里，传感器的水中毒一直是高可靠性气体传感构筑的主要障碍。减少水蒸气对气体敏感特性的影响仍然具有挑战性。由于环境湿度会随着气候、天气、季节、昼夜、地理位置等因素的变化而变化。

2、基于氧化锌(zno)的气体传感器具有稳定性高、合成工艺简单、成本低等优点，在丙酮气体检测中显示出巨大的潜力。研究结果表明，通过控制zno纳米材料的微观结构(比表面积、孔隙率等)、组分和氧缺陷位，可以显著提高传感器的丙酮传感性能。但是，基于纯相zno的气体传感器仍存在选择性差、灵敏度低、抗湿性差的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种双层膜结构丙酮气体传感器及

2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：

3、本专利技术提供了一种双层膜结构丙酮气体传感器，包括al2o3衬底和在所述al2o3衬底表面依次层叠的传感层和覆盖层，所述传感层的材质为空心微球zno，所述覆盖层的材料为bi2sn2o7纳米颗粒。

4、优选地，所述传感层的厚度为11～13μm。

5、优选地，所述覆盖层的厚度为14～16μm。

6、优选地，所述空心微球zno的直径为0.3～2μm，微球壳层厚度为6.2～9.4nm。

7、优选地，所述bi2sn2o7纳米颗粒的粒径为40～100nm。

8、优选地，所述al2o3衬底的长为2.5～3.5mm，宽为2.5～3.5mm，厚为0.2～0.3mm；所述al2o3衬底的背面设有2个分立的矩形金电极，所述al2o3衬底的正面设有2个分立的矩形金电极以及2个分立的l形金电极。

9、本专利技术还提供了上述技术方案所述的双层膜结构丙酮气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

10、将空心微球zno粉末和分散溶剂混合，得到浆料；

11、将所述浆料涂覆在al2o3衬底表面后进行第一次煅烧，得到传感层；

12、将bi2sn2o7纳米颗粒粉末和分散溶剂混合，得到浆状物；

13、将所述浆状物涂覆在所述传感层表面后进行第二次煅烧，形成覆盖层，得到所述双层膜结构丙酮气体传感器。

14、优选地，所述第一次煅烧和第二次煅烧的温度独立地为200～300℃，时间独立地为2～3h。

15、本专利技术还提供了上述技术方案所述的双层膜结构丙酮气体传感器或上述技术方案所述制备方法制得的双层膜结构丙酮气体传感器在丙酮检测中的应用，所述丙酮的浓度为0.5～1000ppm。

16、优选地，所述丙酮的浓度为0.5～1ppm。

17、本专利技术提供了一种双层膜结构丙酮气体传感器，包括al2o3衬底和在所述al2o3衬底表面依次层叠的传感层和覆盖层，所述传感层的材质为空心微球zno，所述覆盖层的材质为bi2sn2o7纳米颗粒。

18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：

19、本专利技术提供了一种空心微球zno作为传感层、bi2sn2o7纳米颗粒作为覆盖层的双层膜丙酮气体传感器，bi2sn2o7(锡酸铋)作为烧绿石结构氧化物(a2b2o7)是近年来研究者们探究新材料的一个方向，锡酸铋在单位细胞中有352个原子，是用粉末衍射解决的最复杂的氧化物晶体结构之一，bi2sn2o7纳米颗粒基覆盖层的构筑引入，提高了氧化锌基传感层的灵敏度、选择性和抗湿性，与单层zno丙酮气体传感器相比，双层膜结构(bi2sn2o7覆盖层/空心微球zno传感层)丙酮气体传感器对0.5～1000ppm的丙酮气体的灵敏度、选择性和抗湿性有了明显的提高；且本专利技术扩展了bi2sn2o7纳米功能材料的应用领域，采用这种策略为呼吸分析和构建具有更高性能的电子鼻开辟了新途径。

20、进一步地，本专利技术所采用的平面式结构传感器制作工艺简单，体积小，利于工业上批量生产。

21、本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的双层膜结构丙酮气体传感器，合成方法简单，成本低廉。

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【技术保护点】

1.一种双层膜结构丙酮气体传感器，其特征在于，包括Al2O3衬底和在所述Al2O3衬底表面依次层叠的传感层和覆盖层，所述传感层的材质为空心微球ZnO，所述覆盖层的材料为Bi2Sn2O7纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的双层膜结构丙酮气体传感器，其特征在于，所述传感层的厚度为11～13μm。

3.根据权利要求1或2所述的双层膜结构丙酮气体传感器，其特征在于，所述覆盖层的厚度为14～16μm。

4.根据权利要求1所述的双层膜结构丙酮气体传感器，其特征在于，所述空心微球ZnO的直径为0.3～2μm，微球壳层厚度为6.2～9.4nm。

5.根据权利要求1所述的双层膜结构丙酮气体传感器，其特征在于，所述Bi2Sn2O7纳米颗粒的粒径为40～100nm。

6.根据权利要求1所述的双层膜结构丙酮气体传感器，其特征在于，所述Al2O3衬底的长为2.5～3.5mm，宽为2.5～3.5mm，厚为0.2～0.3mm；所述Al2O3衬底的背面设有2个分立的矩形金电极，所述Al2O3衬底的正面设有2个分立的矩形金电极以及2个分立的L形金电极。</p>

7.权利要求1～6任一项所述的双层膜结构丙酮气体传感器的制备方法，其特征在于，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，所述第一次煅烧和第二次煅烧的温度独立地为200～300℃，时间独立地为2～3h。

9.权利要求1～6任一项所述的双层膜结构丙酮气体传感器或权利要求7或8所述制备方法制得的双层膜结构丙酮气体传感器在丙酮检测中的应用，所述丙酮的浓度为0.5～1000ppm。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述丙酮的浓度为0.5～1ppm。

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【技术特征摘要】

1.一种双层膜结构丙酮气体传感器，其特征在于，包括al2o3衬底和在所述al2o3衬底表面依次层叠的传感层和覆盖层，所述传感层的材质为空心微球zno，所述覆盖层的材料为bi2sn2o7纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的双层膜结构丙酮气体传感器，其特征在于，所述传感层的厚度为11～13μm。

3.根据权利要求1或2所述的双层膜结构丙酮气体传感器，其特征在于，所述覆盖层的厚度为14～16μm。

4.根据权利要求1所述的双层膜结构丙酮气体传感器，其特征在于，所述空心微球zno的直径为0.3～2μm，微球壳层厚度为6.2～9.4nm。

5.根据权利要求1所述的双层膜结构丙酮气体传感器，其特征在于，所述bi2sn2o7纳米颗粒的粒径为40～100nm。

6.根据权利要求1所述的双层膜结构丙酮气体传...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢革宇，陶伟，孙鹏，王天双，赵留鹏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：

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