【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種氣敏材料的制備方法、氣體傳感器及應用，尤其涉及一種銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法、氣體傳感器及應用。
技術(shù)介紹
1、硫化氫(h2s)是一種無色、有毒、易燃、有腐蝕性的酸性惡臭氣體。高濃度h2s吸入人體后會麻痹人體呼吸中樞和血管運動中樞，引起昏迷、窒息等嚴重后果，低濃度h2s也刺激人體的眼睛和呼吸系統(tǒng)。因此，開發(fā)能夠?qū)哿縣2s實時監(jiān)測的高性能氣體傳感器具有重要的意義。
2、半導體式氣體傳感器是利用目標氣體與半導體材料表面發(fā)生反應引起半導體電學性質(zhì)(電阻、電流等)發(fā)生變化來分析目標氣體的種類和濃度信息。氣體敏感材料是半導體式氣體傳感器的核心部分，目前商用h2s傳感器的氣體敏感材料主要為金屬氧化物半導體，包括二氧化錫(sno2)、氧化鋅(zno)、氧化銅(cuo)等，相較于其他氣體敏感材料(二維材料、導電聚合物、碳納米管)等，具有穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應速度快的優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用。隨著人們安全意識的提升和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對半導體氣體傳感器也提出了更高的性能需求，包括超低的檢測限、優(yōu)異的抗環(huán)境干擾性能以及良好的選擇性。
3、然而，目前商用半導體氣體傳感器無法應用于低氧含量環(huán)境下的氣體探測。例如，煒盛科技的mq136硫化氫氣體傳感器標準測試環(huán)境為平原環(huán)境下的氧氣含量(21％)，且要求氧氣含量不低于18％，否則會影響傳感器的靈敏度與重復性。然而在高海拔地區(qū)、窨井、工廠低氧發(fā)酵車間、sf6高壓柜等環(huán)境下氧氣含量往往達不到傳感器的需求。西安交通大學的儲繼峰團隊利用商用的figaro?tgs2
4、二氧化鈰(ceo2)有望實現(xiàn)在不同氧氣含量下對h2s的精準探測，但是面臨著導電性較差、工作溫度高、氣體選擇性不佳的問題。ceo2由于本身ce3+/ce4+氧化還原離子對特性因而具備氧氣存儲能力，然而，由于ceo2本身具有的寬帶隙(～3.4ev)，導致其導電性較差，用作氣體傳感器時往往需要較高的工作溫度(大于300℃)來克服材料內(nèi)部的載流子傳感勢壘，而且已有研究報道發(fā)現(xiàn)，氧化鈰除了對h2s較為敏感外，其對丙酮也有較大的響應，因此，氣體選擇性不佳。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)目的：本專利技術(shù)的目的是提供一種可在較低工作溫度下實現(xiàn)低氧含量環(huán)境下h2s探測的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法；
2、本專利技術(shù)的第二個目的是提供一種可在較低工作溫度下工作、氣體選擇性強的氣體傳感器；
3、本專利技術(shù)的第三個目的是提供上述的方法制備得到的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的應用。
4、技術(shù)方案：本專利技術(shù)所述的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，包括以下步驟：
5、(1)將鈰鹽和銅鹽加入乙醇與dmf或乙醇與去離子水的混合溶液中，攪拌，形成透明溶液；
6、(2)將pvp加入到上述溶液中，攪拌，形成粘稠液體；
7、(3)將粘稠液體進行靜電紡絲得到納米纖維；
8、(4)將納米纖維進行煅燒，得到cu摻雜ceo2納米管。
9、其中，步驟(1)中，ce元素與cu元素的物質(zhì)的量比為1:1～5:1。
10、其中，步驟(1)中，所述有機溶劑為乙醇與dmf的混合溶液，所述乙醇與dmf體積比為1:1～3:2。
11、其中，步驟(2)中，所述pvp的平均分子質(zhì)量為1,300,000。
12、其中，步驟(3)中，所述靜電紡絲的參數(shù)為：針頭施加電壓為18kv，針頭距離紡絲收集器距離為20cm，注射器推進速度為0.6ml/min。
13、其中，步驟(4)中，所述煅燒的溫度為400～600℃，時間為2～4h。
14、其中，步驟(4)中，所述煅燒的升溫速率為0.5～5℃/min。
15、本專利技術(shù)所述的氣體傳感器，所使用的氣體敏感材料包括上述的方法制備得到的銅摻雜氧化鈰氣敏材料。
16、上述的方法制備得到的銅摻雜氧化鈰氣敏材料在檢測h2s氣體中的應用。
17、有益效果：本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，取得如下顯著效果：
18、(1)本專利技術(shù)通過靜電紡絲-煅燒制備原位cu摻雜ceo2納米管，得益于ceo2本身的儲存氧性能和cu摻雜效應，在動態(tài)檢測目標氣體h2s的過程中，所合成的敏感材料工作溫度降低，且能夠在多種氧含量環(huán)境下保持良好的響應-恢復特性，為開發(fā)適應復雜環(huán)境的新型金屬氧化物半導體氣體傳感器開辟了新的路徑。(2)將本專利技術(shù)得到的cu摻雜ceo2納米管氣敏材料制備氣體傳感器，在動態(tài)配氣測試條件下，cu摻雜ceo2納米管材料實驗h2s探測限為100ppb，理論探測限為17.5ppb，最佳工作溫度為260℃，對4ppm?h2s響應為7.4。得益于cu摻雜效應，在ceo2納米管表面制造出更多的氧空位，從而提高了材料的導電性、增加了氣體吸附點位，使得最優(yōu)的cu摻雜ceo2納米管材料(ce/cu-5)相較于純相的ceo2最佳工作溫度下降4.8％，響應提升1.7倍。此外該ce/cu-5材料展現(xiàn)更優(yōu)異的選擇性。(3)得益于ceo2的儲氧特性，在不同氧含量的動態(tài)測試環(huán)境下，cu摻雜ceo2納米管材料展現(xiàn)出幾乎一致的快速的h2s吸附-解吸附行為，同時具有良好的重復性，能夠?qū)崿F(xiàn)低氧環(huán)境下的h2s準確探測。
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1.一種銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，Ce元素與Cu元素的物質(zhì)的量比為1:1～5:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，將鈰鹽和銅鹽加入乙醇與DMF的混合溶液中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述乙醇與DMF的體積比為1:1～3:2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述煅燒的溫度為400～600℃，時間為2～4h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述煅燒的升溫速率為0.5～5℃/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述靜電紡絲的參數(shù)為：針頭施加電壓為15～20kV，針頭距離紡絲收集器距離為15～20cm，注射器推進速度為0.2～0.6mL/
8.一種氣體傳感器，其特征在于，所使用的氣體敏感材料包括權(quán)利要求1所述的方法制備得到的銅摻雜氧化鈰氣敏材料。
9.一種權(quán)利要求1所述的方法制備得到的銅摻雜氧化鈰氣敏材料在檢測H2S氣體中的應用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，ce元素與cu元素的物質(zhì)的量比為1:1～5:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，將鈰鹽和銅鹽加入乙醇與dmf的混合溶液中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述乙醇與dmf的體積比為1:1～3:2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅摻雜氧化鈰氣敏材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述煅燒的溫度為400～600...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王艷杰，林培揚，周泳，朱坤，蘭志強，
申請(專利權(quán))人：蘇州大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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