專利名稱：苯氣敏材料及其制備以及苯氣敏器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種苯氣敏材料及其制備以及苯氣敏器件的制作方法，屬于金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏元件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
苯是工業(yè)生產(chǎn)、生活及大氣中的主要污染物之一，全世界每年排入大氣的苯及其衍生物重量為五千萬噸。人為造成的至少在四百萬噸以上，主要來源是煉鋼、煉油、制革、造紙、塑料、燃料、橡膠等，隱藏在油漆、各種涂料的添加劑以及各種膠粘劑、防水材料中，還可來自燃料和煙葉的燃燒。苯有劇毒為強(qiáng)烈致癌物質(zhì)，人在短時(shí)間內(nèi)吸入高濃度的苯及其衍生物，如苯、甲苯等，會(huì)出現(xiàn)中樞神經(jīng)麻醉的癥狀，輕者頭暈、惡心、胸悶、乏力，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)昏迷甚至因呼吸循環(huán)衰竭而死亡，慢性苯中毒會(huì)對皮膚、眼睛和上呼吸道有刺激作用，長期吸入苯能導(dǎo)致再生障礙性貧血，若造血功能完全破壞，可發(fā)生致命的顆粒性白細(xì)胞消失癥，并引起白血病。由于苯屬芳香烴類，使人一時(shí)不易警覺其毒性，如果在散發(fā)著苯的氣味的密封房間里，人可在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)頭暈、胸悶、惡心、嘔吐等癥狀，若不及時(shí)脫離現(xiàn)場，便會(huì)導(dǎo)致死亡。現(xiàn)今國內(nèi)外絕大多數(shù)金屬氧化物 半導(dǎo)體苯氣敏傳感器的研究與生產(chǎn)以Sn02、ZnO>WO3> TiO2等為主要基質(zhì)材料，國內(nèi)市場中95%為傳統(tǒng)的旁熱式結(jié)構(gòu)的氣敏元件。而對于苯氣敏傳感器，在國內(nèi)正處于探索、研究階段，尚未形成商業(yè)化。由于苯的危害性非常大，因此研究一種簡易便攜、快速準(zhǔn)確、靈敏性能好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的苯氣敏傳感器必定會(huì)有非常大的市場前景。對氣體的檢測最理想的方法首選半導(dǎo)體氣敏傳感器，因?yàn)樗哂袃r(jià)格低廉、反應(yīng)快、靈敏度高、現(xiàn)場檢測、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其中理想的氣敏傳感器，取決于氣敏材料的性能，氣敏材料的開發(fā)是氣敏傳感器件研究領(lǐng)域里的最為關(guān)鍵部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)而提出一種經(jīng)濟(jì)、有效測試苯的苯氣敏材料及其制備方法。本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供苯氣敏器件的制作方法。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為:苯氣敏材料，其特征在于包括有:i)基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體；ii)Ce離子摻雜，其中摻入量為最終得到的CeO2占基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體重量百分比為0.1%-5%。按上述方案，所述的基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體的粒徑為5-100nm。按上述方案，所述的Ce 離子來源于Ce (NO3) 3>CeCl3>CeBr3>Ce (CH3COO) 3、Ce (ClO4) 3、Ce (NH4) 2 (NO3) 6、Ce (OH) 3、Ce2 (CO3) 3 6H20 或 Ce (BrO3) 3。
本發(fā)明苯氣敏材料的制備方法采用以下技術(shù)方案:苯氣敏材料的制備方法，其特征在于包括有以下步驟:I)取SnCl4.5H20配置成0.1-lmol/L的溶液，然后向其中加入蔗糖或者葡萄糖，其中蔗糖或葡萄糖與SnCl4.5H20的摩爾比值為0.5-4，在攪拌條件下使其混合均勻，再將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至120°C _250°C，保溫2-36小時(shí)；2)水熱反應(yīng)后，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，多次洗滌后，在50-100°C低溫干燥，最后400-550°C燒結(jié)0.5-4小時(shí)，得到基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體；3)稱取基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體，按最終得到的CeO2占基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體重量百分比為0.1%-5%的比例摻雜Ce離子，然后進(jìn)行精細(xì)研磨，即得苯氣敏材料。按上述方案，所述的基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體的粒徑為5-100nm。按上述方案，所述的Ce 離子來源于Ce (NO3) 3>CeCl3>CeBr3>Ce (CH3COO) 3、Ce (ClO4) 3、Ce (NH4) 2 (NO3) 6、Ce (OH) 3、Ce2 (CO3) 3.6H20 或 Ce (BrO3) 3。本發(fā)明苯氣敏材料的制備還可采用的另一種技術(shù)方案:苯氣敏材料的制備，其特征在于包括有以下過程:I)取SnCl4.5H20配置成0.Ι-lmol/L的溶液，然后向其中加入蔗糖或者葡萄糖，其中蔗糖或葡萄糖與SnCl4.5H20的摩爾比值為0.5-4，按最終得到的產(chǎn)物CeO2占SnO2質(zhì)量0.1%-5%的比例添加Ce離子，在攪拌條件下使溶液混合均勻；2)再將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，并逐步升溫至120°C _250°C，保溫2_36小時(shí)；3)經(jīng)水熱反應(yīng)后，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過抽濾，多次洗滌，在50-10(TC低溫干燥，最后經(jīng)400-550°C燒結(jié)0.5-4小時(shí)，得到CeO2摻雜珊瑚狀SnO2納米粉體，然后進(jìn)行精細(xì)研磨，即得苯氣敏材料。按上述方案，所述的Ce 離子來源于Ce (NO3) 3>CeCl3>CeBr3>Ce (CH3COO) 3、Ce (ClO4) 3、Ce (NH4) 2 (NO3) 6、Ce (OH) 3、Ce2 (CO3) 3.6H20 或 Ce (BrO3) 3。本發(fā)明的苯氣敏器件的制作方法采用以下技術(shù)方案:將苯氣敏材料以適量無水乙醇及聚乙二醇調(diào)成糊狀，然后將其均勻涂敷在電極管表面，自然風(fēng)干后，經(jīng)400-550°C退火處理0.5-4小時(shí)，即制得苯氣敏器件的核心部分:氣敏電極管，最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、封裝，制得苯氣敏器件。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出了一種新的苯氣敏材料，該材料具備納米材料的表面效應(yīng)，量子效應(yīng)，自催化活性等特點(diǎn)，同時(shí)作為一種新開發(fā)的氣敏材料，對苯靈敏度高、響應(yīng)一恢復(fù)快、工作溫度低，符合實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)的苯氣敏傳感器器件的要求；本發(fā)明的苯氣敏器件主要技術(shù)指標(biāo)如下:1.器件檢測范圍:10ppm-10000ppm (氣體體積分?jǐn)?shù):lppm=lXl(T6)；2.器件工作溫度:150°C -350°C ；3.檢測靈敏度:5-200 ；4.器件反應(yīng)時(shí)間:小于60s ;5.器件恢復(fù)時(shí)間:小于60s。
具體實(shí)施例方式以下各實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但實(shí)施例不會(huì)構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1:苯氣敏材料及苯氣敏器件制作過程:稱量3.5060g的SnCl4 5H20配置成0.lmol/L的溶液，然后向其中加入6.8458g蔗糖，蔗糖與SnCl4 5H20的摩爾比值為2，在攪拌條件下使溶液混合均勻。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至180°C，保溫12小時(shí)。水熱反應(yīng)后，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，多次洗滌后(以AgNO3溶液檢測無殘余CO，在80°C低溫干燥，最后450°C燒結(jié)3小時(shí)，得到基質(zhì)珊瑚狀四方晶型SnO2納米粉體。稱取上述得到的Ig基質(zhì)珊瑚狀四方晶型SnO2納米粉體和0.0190g Ce (NO3) 3，進(jìn)行精細(xì)研磨，即制得摻雜質(zhì)量比為1% (硝酸鈰在燒結(jié)后將分解為CeO2,根據(jù)Ce(NO3)3的鈰離子的摩爾量可算出最終得到CeO2的質(zhì)量為0.0lOOg,基質(zhì)SnO2為lg，故CeO2摻雜SnO2的質(zhì)量比為1%)的苯氣敏材料。取適量制備的苯氣敏材料，對其進(jìn)行X射線衍射儀(XRD)及氮?dú)獾葴匚?脫附(BET)測試，結(jié)果表明材料的粒徑為9.5nm,比表面積為75.197m2/g，具有極小的粒徑和較大的比表面積，非常有助于提升材料的氣敏性能。 將苯氣敏材料以無水乙醇及少量聚乙二醇調(diào)成糊狀，均勻涂敷在電極管表面，然后經(jīng)過450°C退火處理I小時(shí)，即制得苯氣敏器件的核心部分——?dú)饷綦姌O管。最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、封裝，制得苯氣敏器件。將制備的氣敏器件運(yùn)用鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的氣敏元件測試系統(tǒng)WS-30A儀器進(jìn)行氣敏性能測試，測試方法為靜態(tài)配氣法。當(dāng)工作溫度為340°C時(shí)，對苯蒸汽的靈敏度達(dá)到18.25，響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間分別為Ils和18s，對苯蒸汽表現(xiàn)出非常好的靈敏性能。實(shí)施例2:苯氣敏材料及苯氣敏器件制作過程:稱量35.06kg的SnCl4 5H20配置成lmol/L的溶液,然后向其中加入68.46kg鹿糖，蔗糖與SnCl4 5H20的摩爾比值為2，稱量286gCe (NO3) 3，使最終制得CeO2占SnO2質(zhì)量比為1% (硝酸鈰在燒結(jié)處理后將分解為CeO2,根據(jù)Ce (NO3) 3的鈰離子的物質(zhì)的量可算出最終得到CeO2的質(zhì)量；SnCl4 5H20的水熱反應(yīng)后將生成SnO2，根據(jù)SnCl4 5H20中Sn的物質(zhì)的量可算出最終制得SnO2的質(zhì)量，計(jì)算可知CeO2與SnO2的質(zhì)量比為1%)，在攪拌條件下使溶液混合均勻。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至180°C，保溫24小時(shí)。水熱反應(yīng)后，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，多次洗滌后(以AgNO3溶液檢測無殘余CD，在70°C低溫干燥，最后450°C燒結(jié)4小時(shí)，得到CeO2摻雜珊瑚狀四方晶型SnO2納米粉體，然后進(jìn)行精細(xì)研磨，即得苯氣敏材料。取適量制備的苯氣敏材料，對其進(jìn)行X射線衍射儀(XRD)及氮?dú)獾葴匚?脫附(BET)測試，結(jié)果表明材料的粒徑為10.5nm,比表面積為72.59m2/g，材料粒徑較小，比表面積大可提升材料的氣敏性能。將苯氣敏材料以無水乙醇及少量聚乙二醇調(diào)成糊狀，均勻涂敷在電極管表面，然后經(jīng)過450°C退火處理2小時(shí)，即制得苯氣敏器件的核心部分——?dú)饷綦姌O管。最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、封裝，制得苯氣敏器件。將制備的氣敏器件運(yùn)用鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的氣敏元件測試系統(tǒng)WS-30A儀器進(jìn)行氣敏性能測試，測試方法為靜態(tài)配氣法。當(dāng)工作溫度為340°C時(shí)，對苯蒸汽的靈敏度達(dá)到23.05，響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間分別為15s和19s，對苯蒸汽表現(xiàn)出非常好的靈敏性能。實(shí)施例3:苯氣敏材料及苯氣敏器件制作過程:稱量701.20g的SnCl4.5H20配置成0.lmol/L的溶液，然后向其中加入684.58g蔗糖，蔗糖與SnCl4.5H20的摩爾比值為I，在攪拌條件下使溶液混合均勻。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至200°C，保溫6小時(shí)。水熱反應(yīng)后，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，多次洗滌后(以AgNO3溶液檢測無殘余CD，在60°C低溫干燥，最后500°C燒結(jié)I小時(shí)，得到珊瑚狀四方晶型SnO2納米粉體。稱取上述得到的200g基質(zhì)珊蝴狀四方晶型SnO2納米粉體和11.37gCe (NO3) 3,進(jìn)行精細(xì)研磨，即制得摻雜質(zhì)量比為3%的苯氣敏材料。取適量制備的苯氣敏材料，對其進(jìn)行X射線衍射儀(XRD)及氮?dú)獾葴匚?脫附(BET)測試，結(jié)果表明材料的粒徑為9.8nm,比表面積為75.351m2/g，粒徑較小和比表面積很大，助于提升材料的氣敏性能。將苯氣敏材料以無水乙醇及少量聚乙二醇調(diào)成糊狀，均勻涂敷在電極管表面，然后經(jīng)過450°C退火處理I小時(shí)，即制得苯氣敏器件的核心部分——?dú)饷綦姌O管。最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、封裝，制得苯氣敏器件。將制備的氣敏器件運(yùn)用鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的氣敏元件測試系統(tǒng)WS-30A儀器進(jìn)行氣敏性能測試，測試方法為靜態(tài)配氣法。當(dāng)工作溫度為340°C時(shí)，對苯蒸汽的靈敏度達(dá)到23.42，響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間分別為13s和15s，對苯蒸汽表現(xiàn)出非常好的靈敏性能。實(shí)施例4:苯氣敏材料及苯氣敏器件制作過程:稱量1.05kg的SnCl4.5Η20配置成0.5mol/L的溶液，然后向其中加入513.45g蔗糖，蔗糖與SnC14.5Η20的摩爾比值為0.5，稱量6.4746gCeCl3，使最終制得CeO2占SnO2質(zhì)量比為1%，在攪拌條件下使溶液混合均勻。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至200°C，保溫24小時(shí)。水熱反應(yīng)后，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，多次洗滌后(以AgNO3溶液檢測無殘余CD，在90°C低溫干燥，最后500°C燒結(jié)2小時(shí)，得到CeO2摻雜珊瑚狀四方晶型SnO2納米粉體，然后進(jìn)行精細(xì)研磨，即得苯氣敏材料。取適量制備的苯氣敏材料，對其進(jìn)行X射線衍射儀(XRD)及氮?dú)獾葴匚?脫附(BET)測試，結(jié)果表明材料的粒徑為8.9nm,比表面積為78.275m2/g，此材料小粒徑和大比表面積對提升材料的氣敏性能具有重要作用。將苯氣敏材料以無水乙醇及少量聚乙二醇調(diào)成糊狀，均勻涂敷在電極管表面，然后經(jīng)過500°C退火處理0.5小時(shí)，即制得苯氣敏器件的核心部分一氣敏電極管。最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、封裝，制得苯氣敏器件。將制備的氣敏器件運(yùn)用鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的氣敏元件測試系統(tǒng)WS-30A儀器進(jìn)行氣敏性能測試，測試方法為靜態(tài)配氣法。當(dāng)工作溫度為340°C時(shí)，對苯蒸汽的靈敏度達(dá)到22.35，響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間分別為13s和16s，對苯蒸汽表現(xiàn)出非常好的靈敏性能。實(shí)施例5:苯氣敏材料及苯氣敏器件制作過程:稱量3.51kg的SnCl4 5H20配置成0.8mol/L的溶液，然后向其中加入7.93kg葡萄糖，葡萄糖與SnCl4 5H20的摩爾比值為4，在攪拌條件下使溶液混合均勻。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至240°C，保溫4小時(shí)。水熱反應(yīng)后，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，多次洗滌后(以AgNO3溶液檢測無殘余CO，在80°C低溫干燥，最后500°C燒結(jié)2小時(shí)，得到珊瑚狀四方晶型SnO2納米粉體。稱取上述得到 的Ikg基質(zhì)珊蝴狀四方晶型SnO2納米粉體和94.74gCe (NO3) 3,進(jìn)行精細(xì)研磨，即制得摻雜質(zhì)量比為5%的苯氣敏材料。取適量制備的苯氣敏材料，對其進(jìn)行X射線衍射儀(XRD)及氮?dú)獾葴匚?脫附(BET)測試，結(jié)果表明材料的粒徑為10.2nm,比表面積為77.398m2/g，具有極小的粒徑和較大的比表面積，非常有助于提升材料的氣敏性能。將苯氣敏材料以無水乙醇及少量聚乙二醇調(diào)成糊狀，均勻涂敷在電極管表面，然后經(jīng)過500°C退火處理I小時(shí)，即制得苯氣敏器件的核心部分——?dú)饷綦姌O管。最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、封裝，制得苯氣敏器件。將制備的氣敏器件運(yùn)用鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的氣敏元件測試系統(tǒng)WS-30A儀器進(jìn)行氣敏性能測試，測試方法為靜態(tài)配氣法。當(dāng)工作溫度為340°C時(shí)，對苯蒸汽的靈敏度達(dá)到27.28，響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間分別為12s和15s，對苯蒸汽表現(xiàn)出非常好的靈敏性能。實(shí)施例6:苯氣敏材料及苯氣敏器件制作過程:稱量28.05kg的SnCl4 5H20配置成0.2mol/L的溶液，然后向其中加入47.56kg葡萄糖，葡萄糖與SnCl4 *5H20的摩爾比值為3，稱量132.8gCeBr3，使最終制得CeO2占SnO2質(zhì)量比為0.5%，在攪拌條件下使溶液混合均勻。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至250°C，保溫2小時(shí)。水熱反應(yīng)后，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，多次洗滌后(以AgNO3溶液檢測無殘余CD，在100°C低溫干燥，最后550°C燒結(jié)I小時(shí)，得到CeO2摻雜珊瑚狀四方晶型SnO2納米粉體，然后進(jìn)行精細(xì)研磨，即得苯氣敏材料。取適量制備的苯氣敏材料，對其進(jìn)行X射線衍射儀(XRD)及氮?dú)獾葴匚?脫附(BET)測試，結(jié)果表明材料的粒徑為9.6nm,比表面積為77.495m2/g，具有極小的粒徑和較大的比表面積，非常有助于提升材料的氣敏性能。將苯氣敏材料以無水乙醇及少量聚乙二醇調(diào)成糊狀，均勻涂敷在電極管表面，然后經(jīng)過500°C退火處理2小時(shí)，即制得苯氣敏器件的核心部分——?dú)饷綦姌O管。最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、封裝，制得苯氣敏器件。將制備的氣敏器件運(yùn)用鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的氣敏元件測試系統(tǒng)WS-30A儀器進(jìn)行氣敏性能測試，測試方法為靜態(tài)配氣法。當(dāng)工作溫度為340°C時(shí)，對苯蒸汽的靈敏度達(dá)到24.6，響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間分別為IOs和16s，對苯蒸汽表現(xiàn)出非常好的靈敏性能。實(shí)施例7:
苯氣敏材料及苯氣敏器件制作過程:稱量315.54g的SnCl4.5H20配置成0.9mol/L的溶液，然后向其中加入178.35g葡萄糖，葡萄糖與SnCl4.5H20的摩爾比值為1，稱量5.004gCe (CH3COO) 3，使最終制得CeO2占SnO2質(zhì)量比為2%，在攪拌條件下使溶液混合均勻。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至250°C，保溫10小時(shí)。水熱反應(yīng)后，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，多次洗滌后(以AgNO3溶液檢測無殘余CD，在80°C低溫干燥，最后500°C燒結(jié)I小時(shí)，得到CeO2摻雜珊瑚狀四方晶型SnO2納米粉體，然后進(jìn)行精細(xì)研磨，即得苯氣敏材料。取適量制備的苯氣敏材料，對其進(jìn)行X射線衍射儀(XRD)及氮?dú)獾葴匚?脫附(BET)測試，結(jié)果表明材料的粒徑為10.5nm,比表面積為73.685m2/g，具有極小的粒徑和較大的比表面積，非常有助于提升材料的氣敏性能。將苯氣敏材料以無水乙醇及少量聚乙二醇調(diào)成糊狀，均勻涂敷在電極管表面，然后經(jīng)過550°C退火處理0.5小時(shí)，即制得苯氣敏器件的核心部分一氣敏電極管。最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、封裝，制得苯氣敏器件。將制備的氣敏器件運(yùn)用鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的氣敏元件測試系統(tǒng)WS-30A儀器進(jìn)行氣敏性能測試，測試方法為靜態(tài)配氣法。當(dāng)工作溫度為340°C時(shí)，對苯蒸汽的靈敏度達(dá)到29.4，響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間分別為15s和19s，對苯蒸汽表現(xiàn)出非常好的靈敏性能。實(shí)施例8:苯氣敏材料及苯氣敏器件制作過程:稱量17.530g的SnCl4.5H20配置成0.8mol/L的溶液，然后向其中加入51.344g蔗糖，蔗糖與SnCl4.5H20的摩爾比值為3，稱量0.443gCe (NO3) 3，使最終制得CeO2占SnO2質(zhì)量比為質(zhì)量比為3%，在攪拌條件下使溶液混合均勻。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至200°C，保溫16小時(shí)。水熱反應(yīng)后，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，多次洗滌后(以AgNO3溶液檢測無殘余CD，在80°C低溫干燥，最后500°C燒結(jié)I小時(shí)，得到CeO2摻雜珊瑚狀四方晶型SnO2納米粉體，然后進(jìn)行精細(xì)研磨，即得苯氣敏材料。取適量制備的苯氣敏材料，對其進(jìn)行X射線衍射儀(XRD)及氮?dú)獾葴匚?脫附(BET)測試，結(jié)果表明材料的粒徑為10.3nm,比表面積為74.572m2/g，具有極小的粒徑和較大的比表面積，非常有助于提升材料的氣敏性能。將苯氣敏材料以無水乙醇及少量聚乙二醇調(diào)成糊狀，均勻涂敷在電極管表面，然后經(jīng)過500°C退火處理I小時(shí)，即制得苯氣敏器件的核心部分——?dú)饷綦姌O管。最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、封裝，制得苯氣敏器件。將制備的氣敏器件運(yùn)用鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的氣敏元件測試系統(tǒng)WS-30A儀器進(jìn)行氣敏性能測試，測試方法為靜態(tài)配氣法。當(dāng)工作溫度為340°C時(shí)，對苯蒸汽的靈敏度達(dá)到27.3，響應(yīng)時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間分別為12s和19s，對苯蒸汽表現(xiàn)出非常好的靈敏性能。本發(fā)明所列舉的各原料都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以及各原料的上下限取值、區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明；在此不一一列舉實(shí)施例。本發(fā)明的工藝參數(shù)(如溫度、時(shí)間等)的上下限取值、區(qū)間值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.苯氣敏材料，其特征在于包括有: i)基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體； ii)Ce離子摻雜，其中摻入量為最終得到的CeO2占基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體重量百分比為 0.1%-5%。
2.按權(quán)利要求1所述的苯氣敏材料，其特征在于所述的基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體的粒徑為 5-100nm。
3.按權(quán)利要求1或2所述的苯氣敏材料，其特征在于所述的Ce離子來源于Ce(NO3) 3、CeCl3、CeBr3、Ce (CH3COO) 3、Ce (ClO4) 3、Ce (NH4) 2 (NO3) 6、Ce (OH) 3、Ce2 (CO3) 3.6Η20 或 Ce (BrO3) 3。
4.權(quán)利要求1所述的苯氣敏材料的制備方法，其特征在于包括有以下步驟: 1)取SnCl4.5Η20配置成0.1-lmol/L的溶液，然后向其中加入蔗糖或者葡萄糖，其中蔗糖或葡萄糖與SnCl4.5H20的摩爾比值為0.5-4，在攪拌條件下使其混合均勻，再將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至120°C _250°C，保溫2-36小時(shí)； 2)水熱反應(yīng)后，將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)抽濾，多次洗滌后，在50-100°C低溫干燥，最后400-550°C燒結(jié)0.5-4小時(shí)，得到基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體； 3)稱取基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體，按最終得到的CeO2占基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體重量百分比為0.1%-5%的比例摻雜Ce離子，然后進(jìn)行精細(xì)研磨，即得苯氣敏材料。
5.按權(quán)利要求4所述的苯氣敏材料的制備方法，其特征在于所述的基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體的粒徑為5-100nm。
6.按權(quán)利要求4或5所述的苯氣敏材料的制備方法，其特征在于所述的Ce離子來源于Ce (NO3) 3、CeCl3' CeBr3' Ce (CH3COO) 3、Ce (ClO4) 3、Ce (NH4) 2 (NO3) 6、Ce (OH) 3、Ce2 (CO3) 3.6H20 或Ce (BrO3) 3。
7.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的苯氣敏材料制作苯氣敏器件的方法，其特征在于將苯氣敏材料以適量無水乙醇及聚乙二醇調(diào)成糊狀，然后將其均勻涂敷在電極管表面，自然風(fēng)干后，經(jīng)400-550°C退火處理0.5-4小時(shí)，即制得苯氣敏器件的核心部分:氣敏電極管，最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、封裝，制得苯氣敏器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種苯氣敏材料及其制備以及苯氣敏器件的制作方法，包括有i)基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體；ii)Ce離子摻雜，其中摻入量為最終得到的CeO2占基質(zhì)珊瑚狀SnO2納米粉體重量百分比為0.1%-5%。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出了一種新的苯氣敏材料，該材料具備納米材料的表面效應(yīng)，量子效應(yīng)，自催化活性等特點(diǎn)，同時(shí)作為一種新開發(fā)的氣敏材料，對苯靈敏度高、響應(yīng)—恢復(fù)快、工作溫度低，符合實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)的苯氣敏傳感器器件的要求。
文檔編號(hào)C01G19/02GK103207220SQ20131007498
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者林志東, 宋文龍, 郭春亮, 郭飛, 鐘誠, 向騰瑞, 王辰 申請人:武漢工程大學(xué)