一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器，該氣體傳感器為旁熱式結(jié)構(gòu)，其中，敏感材料為靜電紡絲法制備的SnO2復(fù)合納米纖維，所述SnO2復(fù)合納米纖維中包括SnO2多孔空心球、ZnO納米線；或者，所述SnO2多孔空心球摻雜有WO3。

An ethanol gas sensor based on SnO2 composite nanofibers

The invention relates to a gas sensor based on SnO2 composite nanofibers, the gas sensor for side heating structure, which is a sensitive material, SnO2 composite nanofibers prepared by electrospinning, the SnO2 composite nanofibers including SnO2 porous hollow spheres and ZnO nanowires; or, the porous SnO2 hollow spheres doped with WO3.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器
本專利技術(shù)涉及傳感器
，尤其涉及一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器。
技術(shù)介紹
近年來(lái)由于科技的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)化程度的不斷提高，在生產(chǎn)過(guò)程中使用的氣體以及在生產(chǎn)過(guò)程中生成的氣體的種類、數(shù)量也在增多，其中，很多氣體是易燃易爆的，或者很多氣體是有毒氣體，為了安全起見(jiàn)，就必須對(duì)氣體在使用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等方面加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，因此，傳感器中，氣體傳感器應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，應(yīng)用前景廣闊。傳感器通常是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路組成。其中，敏感元件是能夠直接感受被測(cè)量并將其轉(zhuǎn)換為與被測(cè)量有確定關(guān)系的電量或易變成電量的物理量的元件。其中，敏感元件/材料是傳感器制作的核心，同時(shí)也是傳感器研制、優(yōu)化和商業(yè)的基礎(chǔ)，敏感材料種類繁多，其中，半導(dǎo)體材料是目前應(yīng)用最廣泛的敏感材料，隨著納米科學(xué)技術(shù)的興起，納米材料在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用成為研究熱點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)旨在提供一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器，以解決上述提出問(wèn)題。本專利技術(shù)的實(shí)施例中提供了一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器，該氣體傳感器為旁熱式結(jié)構(gòu)，包括：由外表面自帶有2個(gè)平行且分立的環(huán)形金電極的氧化鋁陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿過(guò)陶瓷管的鎳鉻合金加熱線圈組成，每個(gè)金電極上連接有兩根鉑絲引腳；該敏感材料為靜電紡絲法制備的SnO2復(fù)合納米纖維，所述SnO2復(fù)合納米纖維中包括SnO2多孔空心球、ZnO納米線。優(yōu)選地，所述敏感材料中包括的SnO2多孔空心球摻雜有WO3，WO3與SnO2質(zhì)量比為1:67。本專利技術(shù)的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：本專利技術(shù)的傳感器為旁熱式結(jié)構(gòu)，其敏感材料為靜電紡絲法制備的SnO2復(fù)合納米纖維，該SnO2復(fù)合納米纖維中包括SnO2多孔空心球、ZnO納米線；本專利技術(shù)技術(shù)方案中，將SnO2多孔空心球、ZnO納米線混合制備成了SnO2復(fù)合納米纖維，由此作為敏感材料的傳感器具有靈敏性高、響應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)。本專利技術(shù)附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本專利技術(shù)的實(shí)踐了解到。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本專利技術(shù)。附圖說(shuō)明利用附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。圖1是本專利技術(shù)乙醇?xì)怏w傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，21-環(huán)形金電極，22-氧化鋁陶瓷管，23-敏感材料，24-鎳鉻合金加熱線圈，25-鉑絲。具體實(shí)施方式這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本專利技術(shù)相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本專利技術(shù)的一些方面相一致的裝置和方法的例子。本專利技術(shù)的技術(shù)方案涉及一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器，結(jié)合圖1，該氣體傳感器為旁熱式結(jié)構(gòu)，包括：由外表面自帶有2個(gè)平行且分立的環(huán)形金電極21的氧化鋁陶瓷管22、涂覆在陶瓷管22表面的敏感材料23、穿過(guò)陶瓷管22的鎳鉻合金加熱線圈24組成，每個(gè)金電極21上連接有兩根鉑絲25引腳。上述的敏感材料23為靜電紡絲法制備的SnO2復(fù)合納米纖維，其中包括SnO2多孔空心球、ZnO納米線。靜電紡絲是一種制備納米材料的簡(jiǎn)便方法，由靜電紡絲制備的一維納米材料在納電子器件、催化劑、傳感器等領(lǐng)域具有實(shí)際應(yīng)用。特別是，在傳感器領(lǐng)域，電紡絲技術(shù)制備的敏感材料，具有大的比表面積而且纖維具備微孔結(jié)構(gòu)，這些特征都與利于其作為敏感材料對(duì)于氣體的響應(yīng)。而具體到SnO2基氣體傳感器，目前技術(shù)方案中，采用靜電紡絲法制備SnO2復(fù)合納米纖維作為敏感材料的技術(shù)方案不多；本專利技術(shù)技術(shù)方案中，將SnO2多孔空心球、ZnO納米線混合制備成了SnO2復(fù)合納米纖維，由此作為敏感材料的傳感器具有靈敏性高、響應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)。上述的敏感材料中包括SnO2多孔空心球，該SnO2多孔空心球是以碳膠球?yàn)槟０濉⑺疅岱ㄖ苽涞模揝nO2多孔空心球的粒徑為200nm，其是由大量納米顆粒構(gòu)成的多孔殼層結(jié)構(gòu)。SnO2是一種n型寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有獨(dú)特的光學(xué)、催化、電學(xué)性能，其在傳感器、太陽(yáng)能電池、鋰電池、催化劑及透明導(dǎo)電電極等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用；其是一種最早被開(kāi)發(fā)的金屬氧化物氣體敏感材料，SnO2因具有成本低、穩(wěn)定性好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)而受到關(guān)注，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，對(duì)各種納米結(jié)構(gòu)的SnO2材料研究增多。本專利技術(shù)中，利用水熱法制備的碳膠球具有親水性，表面具有-OH和C-O功能團(tuán)，這些功能團(tuán)的存在使金屬離子很容易與碳膠球結(jié)合，形成金屬的氫氧化物并分布其表面，然后，經(jīng)過(guò)高溫煅燒，碳膠球中的碳原子被氧化以二氧化碳的形式釋放，從而形成金屬氧化物空心球，即SnO2多孔空心球，其多孔殼層結(jié)構(gòu)有利于對(duì)氣體的吸附，增加了敏感材料的靈敏度。上述的敏感材料中包括ZnO納米線，該ZnO納米線長(zhǎng)度為500nm，直徑為20～50nm。ZnO在光學(xué)、電學(xué)、催化等方面性能獨(dú)特，在傳感器、太陽(yáng)能電池、鋰電池、催化等領(lǐng)域都有著實(shí)際應(yīng)用，本專利技術(shù)技術(shù)方案中，將上述的SnO2多孔空心球和ZnO納米線結(jié)合，采用靜電紡絲法制備復(fù)合納米纖維，在該纖維中，該ZnO納米線對(duì)分立的SnO2多孔空心球起到連接作用，能夠形成載流子的導(dǎo)電通路，同時(shí)由于ZnO同樣是n型寬禁帶半導(dǎo)體材料，兩者禁帶寬度相近，大大提高了復(fù)合納米纖維的電導(dǎo)率，使得傳感器的響應(yīng)時(shí)間減小。然后將上述的SnO2多孔空心球、ZnO納米線按比例混合后，加入到聚乙烯醇溶液中，得到紡絲溶液，進(jìn)行靜電紡絲，得到復(fù)合纖維膜，將其煅燒去除聚乙烯醇后，得到復(fù)合納米纖維。優(yōu)選地，上述紡絲溶液中，聚乙烯醇質(zhì)量百分比為9wt.％。優(yōu)選地，上述復(fù)合納米纖維中，SnO2多孔空心球、ZnO納米線的質(zhì)量比為4:1。在另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，上述敏感材料中包括的SnO2多孔空心球摻雜有WO3，其中，WO3與SnO2質(zhì)量比為1:67。如上所述，目前對(duì)各種納米結(jié)構(gòu)的SnO2材料研究增多，對(duì)該材料的研究主要是通過(guò)各種手段提高傳感器性能方面，摻雜的金屬或金屬氧化物主要有Zn、Pt、CuO、ZnO等，而摻雜WO3的技術(shù)方案不多；本專利技術(shù)中，通過(guò)摻雜，制備了WO3摻雜的SnO2多孔空心球，該摻雜的WO3與ZnO納米線協(xié)同作用，對(duì)傳感器的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間起到積極作用。為了得到上述敏感材料，本專利技術(shù)還涉及該SnO2復(fù)合納米纖維的制備步驟：步驟1、水熱法制備碳膠球?qū)?g葡萄糖加入到50ml去離子水中攪拌均勻，然后將溶液移入水熱釜中，在干燥箱180℃恒溫下加熱8h，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，依次用酒精和去離子水離心分離、洗滌，重復(fù)洗滌三遍后，得到黑褐色產(chǎn)物碳膠球，將其在60℃干燥12h備用；步驟2、制備WO3摻雜SnO2多孔空心球?qū)?.82mmol的鎢酸和氯化錫加入到60ml乙醇與8ml水的混合液中攪拌均勻，形成溶液A，然后向溶液A中加入35mmol尿素，攪拌均勻形成溶液B，將上述制備的32mmol碳膠球加入溶液B，超聲分散2h，將所得溶液靜置30h，離心分離，洗滌，在80℃干燥12h，最后將干燥后的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器，該氣體傳感器為旁熱式結(jié)構(gòu)，包括：由外表面自帶有2個(gè)平行且分立的環(huán)形金電極的氧化鋁陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿過(guò)陶瓷管的鎳鉻合金加熱線圈組成，每個(gè)金電極上連接有兩根鉑絲引腳；其特征在于，該敏感材料為靜電紡絲法制備的SnO2復(fù)合納米纖維，所述SnO2復(fù)合納米纖維中包括SnO2多孔空心球、ZnO納米線。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器，該氣體傳感器為旁熱式結(jié)構(gòu)，包括：由外表面自帶有2個(gè)平行且分立的環(huán)形金電極的氧化鋁陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿過(guò)陶瓷管的鎳鉻合金加熱線圈組成，每個(gè)金電極上連接有兩根鉑絲引腳；其特征在于，該敏感材料為靜電紡絲法制備的SnO2復(fù)合納米纖維，所述SnO2復(fù)合納米纖維中包括SnO2多孔空心球、ZnO納米線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器，其特征在于，所述SnO2復(fù)合納米纖維的制備過(guò)程為：將SnO2多孔空心球、ZnO納米線按比例混合后，加入到聚乙烯醇溶液中，得到紡絲溶液，進(jìn)行靜電紡絲，得到復(fù)合纖維膜，將其煅燒去除聚乙烯醇后，得到所述SnO2復(fù)合納米纖維。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器，其特征在于，上述紡絲溶液中，聚乙烯醇質(zhì)量百分比為9wt.％。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器，其特征在于，所述SnO2復(fù)合納米纖維中，SnO2多孔空心球、ZnO納米線的質(zhì)量比為4:1。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器，其特征在于，該SnO2多孔空心球是以碳膠球?yàn)槟０濉⑺疅岱ㄖ苽涞模揝nO2多孔空心球的粒徑為200nm，其是由大量納米顆粒構(gòu)成的多孔殼層結(jié)構(gòu)；該ZnO納米線長(zhǎng)度為500nm，直徑為20～50nm。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于SnO2復(fù)合納米纖維的乙醇?xì)怏w傳感器，其特征在于，該SnO2復(fù)合納米纖維的制備步驟：步驟1、水熱法制備碳膠球?qū)?g葡萄糖加入到50ml去離子水中攪拌均勻，然后將溶液移入水熱釜中，在干燥箱180℃恒溫下加熱8h，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，依次用酒精和去離子水離心分離、洗滌，重復(fù)洗滌三遍后，得到黑褐色產(chǎn)物碳膠球，將其在60℃干燥12h備用；步驟2、制備SnO2多孔空心球?qū)?.82mmol氯化錫加入到60ml乙醇與8ml水的混合液中攪拌均勻，形成溶液A，然后向溶液A中加入35mmol尿素，攪拌均勻形成溶液B，將上述制備的32mmol碳膠球加入溶液B，超聲分散2h，將所得溶液靜置30h，離心分離，洗滌，在80℃干燥12h，最后將干燥后的產(chǎn)物在580℃下干燥2h，得到SnO2多孔空心球；步驟3、制備紡絲溶液取0.8g聚乙烯醇放入裝有1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘金文，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：潘金文，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東,44