專利名稱：一種高選擇性二氧化錫/碳納米管氣敏傳感器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高選擇性二氧化錫/碳納米管氣敏傳感器件的制作方法。
背景技術(shù)：
在燃?xì)獾氖褂眠^程中，安全非常重要。我發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的很多灶具和熱水器都附帶了燃?xì)庑孤﹫?bào)警器。但是，上海的天然氣爆燃事故每年依然會發(fā)生很多起，此類爆炸 事故往往都會造成財(cái)產(chǎn)的損失，甚至有些時候還會造成人身的傷亡。由于在廚房的環(huán)境中，經(jīng)常有油煙的存在，油煙中含有很多有機(jī)小分子，烴類物質(zhì)。這些氣體都可以吸附在氣體表面，同樣會產(chǎn)生電阻變化。所以傳感器也會對這些氣體產(chǎn)生響應(yīng)。因?yàn)閭鞲衅鞑荒芎芎玫貐^(qū)分天然氣泄漏和廚房油煙，就會產(chǎn)生誤報(bào)和漏報(bào)，造成安全隱患。SnOJt為一種良好的N型半導(dǎo)體材料，具有較寬的禁帶寬度(Eg = 3. 6eV, T =300K)。由于它具有優(yōu)良的阻燃性、特異的光電性能和氣敏特性，被廣泛應(yīng)用于氣敏元件、濕敏材料、液晶顯示、鋰電池、催化劑、光探測器、半導(dǎo)體元件、電極材料、保護(hù)涂層及太陽能電池等技術(shù)領(lǐng)域。由于二氧化錫的氣敏性機(jī)理屬于表面接觸型，具體的是當(dāng)SnO2與還原性氣體如H2, CO, CH4, C2H5OH等相接觸時，會使SnO2的載流子增加即電子濃度增加，電阻率減小，最終反映出來的電阻變??；當(dāng)接觸氧化性氣體如02、N0x等時，材料電子濃度減小，電阻增加。利用SnO2對不同氣體的電阻率的變化不同而表現(xiàn)出的靈敏度不同，又由于靈敏度的差異而在與不同的氣體接觸時，傳感器則會體現(xiàn)出其對于某種氣體的選擇性能。由于其表面控制型的特點(diǎn)，在與氣體接觸時，比表面積以及材料的結(jié)構(gòu)在其性能的提高和改進(jìn)方面起到關(guān)鍵的作用。本發(fā)明提出并制備了新型納米管/ 二氧化錫復(fù)合氣敏材料，制備了氣體傳感器。該方法反應(yīng)條件溫和，操作簡單，可大規(guī)模生產(chǎn)，且生產(chǎn)周期短，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高選擇性二氧化錫/碳納米管氣敏傳感器件的制作方法。該方法包括以下步驟a.首先稱取一定量的Al2O3模板，并將其在馬弗爐中在高溫下進(jìn)行預(yù)處理，其進(jìn)行活化。與此同時，稱取相應(yīng)量的SnCl4 *9H20，并將其溶于蒸餾水中，并加入適量的鹽酸以防止SnCl4的水解，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌；A1203模板和SnCl4 9H20的質(zhì)量比為2:3;b.將預(yù)處理好的氧化鋁模板加入到上述的溶液中，并進(jìn)行抽真空的處理，以達(dá)到SnCl4浸入到氧化鋁模板的孔道中的效果，并將鋁模板取出，進(jìn)行干燥，SnCl4的顆粒將均勻的分布在氧化鋁模板的孔道內(nèi)部；C.將上述的材料置于馬弗爐中，在600°C下進(jìn)行煅燒處理，將SnCl4氧化為氣敏材料 SnO2 ；d.將上述獲取的材料置于化學(xué)氣相沉積管式爐中，先通入乙炔氣體5分鐘，以將管中的空氣等氣體驅(qū)逐。然后進(jìn)行在通氣的過程中加熱，加熱溫度為800°C。乙炔氣體在此過程中會進(jìn)入氧化鋁模板的孔道，并在無氧高溫加熱的條件下分解，形成的碳會附著在孔道內(nèi)表面，形成管狀結(jié)構(gòu)的碳納米管，且上一步得到的二氧化錫會鑲嵌在碳納米管的內(nèi)壁上。e.將上述材料至于0. 5mol/L的氫氧化鈉溶液中，在磁力攪拌器上攪拌6h以達(dá)到完全去除氧化鋁模板的作用；
f.將上述的溶液過濾、烘干即可得到碳納米管/ 二氧化錫復(fù)合材料；g.將上面制備的材料采用通常的厚膜傳感器制備技術(shù)制備成高選擇性氣體傳感器。本發(fā)明方法的原理和特點(diǎn)是本發(fā)明方法中，采用Al2O3作為模板，由于模板上孔的大小結(jié)構(gòu)均勻，將其浸潰在一定濃度的氯化錫溶液中，氯化錫將均勻的分布到氧化鋁的表面，通過煅燒將氯化錫氧化為氣敏材料氧化錫。然后，通過乙炔氣體熱解的方法，利用Al2O3模板的孔道結(jié)構(gòu)限制其生長，最終使碳附著。將氧化鋁在氫氧化鈉溶液中去除后便得到了碳納米管/ 二氧化錫復(fù)合材料。將合成的材料制備成傳感器，和市場上的傳感器進(jìn)行氣敏性能的比較，本發(fā)明所得材料對甲烷氣體的靈敏度和選擇性大大增強(qiáng)。本發(fā)明方便工藝簡單，操作方便，且成本低廉。本發(fā)明的產(chǎn)物具有較好的氣敏效果。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I所得碳納米管/二氧化錫復(fù)合材料的整體電鏡透射效果示意圖。圖2本發(fā)明實(shí)施例I所得碳納米管/二氧化錫復(fù)合材料的局部電鏡透射效果示意圖。圖3為實(shí)施例I中得到的材料制成傳感器后的氣敏性能圖。
具體實(shí)施例方式為了更好闡述本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)例作進(jìn)一步描述實(shí)施例I一種高選擇性二氧化錫/碳納米管氣敏傳感器件的制作方法，該方法包括以下步驟(I)首先在電子天平上稱取4. Og的Al2O3模板，并將其在馬弗爐中在高溫下進(jìn)行預(yù)處理，以去除氧化鋁表面的雜質(zhì)物質(zhì)，并將其進(jìn)行活化。與此同時，稱取6. Og的SnCl4-9H20,并將其溶于IOOml的蒸餾水中，并加入適量的鹽酸以防止SnCl4的水解，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌。(2)將預(yù)處理好的氧化鋁模板加入到上述的溶液中，并進(jìn)行抽真空的處理，然后將鋁模板取出，進(jìn)行干燥，SnCl4的顆粒將均勻的分布在氧化鋁模板的孔道內(nèi)部。(3)將上述的材料置于馬弗爐中，在600°C下進(jìn)行煅燒處理，將SnCl4氧化為氣敏材料SnO2。(4)將上述獲取的材料置于化學(xué)氣相沉積管式爐中，先通入こ炔氣體5分鐘，以將管中的空氣等氣體驅(qū)逐。然后進(jìn)行在通氣的過程中加熱，加熱溫度為800°C，時間為lh。(5)將得到的上述的材料置于5%氫氧化溶液中，在磁力攪拌器上攪拌6h以達(dá)到完全去除氧化鋁模板的作用。(6)將上述的溶液過濾、烘干即可得到最終的碳納米管/ ニ氧化錫復(fù)合材料。實(shí)施例2本實(shí)施例中的步驟與上述實(shí)施例I完全相同。不同的是本實(shí)施例中沒有第二步驟的氯化亞錫的浸潰，最終制得碳納米管。實(shí)施例3本實(shí)施例中的步驟與上述實(shí)施例I完全相同。不同的是此實(shí)施例中的第一步中的SnCl4 · 9H20的加入量改為3. Og,并最終制得碳納米管/ ニ氧化錫復(fù)合材料。實(shí)施例4本實(shí)施例中的步驟與上述實(shí)施例I完全相同。不同的是此實(shí)施例中的第一步中的SnCl4 · 9H20的加入量改為9. 0g，最終制得碳納米管/ ニ氧化錫復(fù)合材料。實(shí)施例5本實(shí)施例中的步驟與上述實(shí)施例I完全相同。不同的是此實(shí)施例中第四步中的通氣的加熱過程中，加熱溫度為600°C，最終制得碳納米管/ ニ氧化錫復(fù)合材料。實(shí)施例6本實(shí)施例中的步驟與上述實(shí)施例I完全相同。不同的是此實(shí)施例中的第四步中的通氣的加熱過程中，加熱時間改為2h，最終制得碳納米管/ ニ氧化錫復(fù)合材料。以上實(shí)施例2、實(shí)施例3，實(shí)施例4，實(shí)施例5，實(shí)施例6的產(chǎn)物碳納米管/ ニ氧化錫復(fù)合材料，同實(shí)施例I均具有相似的TEM圖。對本發(fā)明對比例和實(shí)施例中所得產(chǎn)物碳納米管/ ニ氧化錫復(fù)合材料進(jìn)行TEM分祈，并測試其對甲烷的氣敏性能。對碳納米管/ ニ氧化錫復(fù)合材料的TEM儀器檢測如圖I、圖2所示，為實(shí)施例I中所得碳納米管/ ニ氧化錫復(fù)合材料的電鏡(TEM)透射效果示意圖。采用日本電子JEOL場發(fā)射高分辨掃描電子顯微鏡(JSM-6700F)和日本電子JEOL透射電子顯微鏡(JE0L 200CX)來觀察碳納米管/ ニ氧化錫復(fù)合材料的形貌，從圖I可知，實(shí)施例I合成了結(jié)構(gòu)均勻的碳納米管，由圖2可知，ニ氧化錫顆粒均與的附著到了碳管上。如圖3所示，材料制備的傳感器件的靈敏度曲線，試驗(yàn)中對濃度分別為50ppm、100ppm、150ppm、200ppm、250ppm時的ニ甲基硝胺、苯并花、甲基萘、甲燒、一氧化碳進(jìn)行了氣敏性能的測試。可以看到，對甲烷的靈敏度很高，而對ニ甲基硝胺、苯并芘、甲基萘等油煙的主要成分，基本上是不靈敏的。盡管本發(fā)明依照其優(yōu)選實(shí)施方式描述，但是存在落入本發(fā)明范圍內(nèi)的改變、置換和各種替代等同物。這里提供的示例僅是說明性的，而不是對本發(fā)明的限制。
為了簡明，本說明書省略了對公知技術(shù) 的描述。
權(quán)利要求
1.一種高選擇性ニ氧化錫/碳納米管氣敏傳感器件的制作方法，其特征在于該方法包含以下步驟 a.首先稱取一定量的Al2O3模板，并將其在馬弗爐中在高溫下進(jìn)行預(yù)處理，其進(jìn)行活化。與此同時，稱取相應(yīng)量的SnCl4 ·9Η20，并將其溶于蒸餾水中，并加入適量的鹽酸以防止SnCl4的水解，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌； b.將預(yù)處理好的氧化鋁模板加入到上述的溶液中，并進(jìn)行抽真空的處理，以達(dá)到SnCl4浸入到氧化鋁模板的孔道中的效果，并將鋁模板取出，進(jìn)行干燥，SnCl4的顆粒將均勻的分布在氧化鋁模板的孔道內(nèi)部； c.將上述的材料置于馬弗爐中，在600°C下進(jìn)行煅燒處理，將SnCl4氧化為氣敏材料SnO2 ； d.將上述獲取的材料置于化學(xué)氣相沉積管式爐中，先通入こ炔氣體5分鐘，以將管中的空氣等氣體驅(qū)逐。然后進(jìn)行在通氣的過程中加熱，加熱溫度為800°C，こ炔氣體在此過程中會進(jìn)入氧化鋁模板的孔道，并在無氧高溫加熱的條件下分解，形成的碳會附著在孔道內(nèi)表面，形成管狀結(jié)構(gòu)的碳納米管，且上ー步得到的ニ氧化錫會鑲嵌在碳納米管的內(nèi)壁上。
e.將上述材料至于O.5mol/L的氫氧化鈉溶液中，在磁力攪拌器上攪拌6h以達(dá)到完全去除氧化鋁模板的作用； f.將上述的溶液過濾、烘干即可得到碳納米管/ニ氧化錫復(fù)合材料； g.將上面制備的材料采用通常的厚膜傳感器制備方法，制備成氣體傳感器，應(yīng)用于甲烷氣體檢測。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種選擇性ニ氧化錫/碳納米管氣敏傳感器件的制作方法，其特征在于所述Al2O3模板和SnCl4 · 9H20的質(zhì)量比為2 3。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高選擇性二氧化錫/碳納米管氣敏傳感器件的制作方法，該方法采用Al2O3作為模板，由于模板上孔的大小結(jié)構(gòu)均勻，將其浸漬在一定濃度的氯化錫溶液中，氯化錫將均勻的分布到氧化鋁的表面，通過煅燒將氯化錫氧化為氣敏材料氧化錫。然后，通過乙炔氣體熱解的方法，利用Al2O3模板的孔道結(jié)構(gòu)限制其生長，最終使碳附著。將氧化鋁在氫氧化鈉溶液中去除后便得到了碳納米管/二氧化錫復(fù)合材料。將合成的材料制備成傳感器，和市場上的傳感器進(jìn)行氣敏性能的比較，該材料對甲烷氣體的靈敏度和選擇性大大增強(qiáng)。本發(fā)明具有工藝簡單，操作方便，且成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號G01N27/12GK102680537SQ20111005943
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者雷振東 申請人:雷振東