基于錳摻雜硫化鋅納米晶的爆炸物傳感器陣列的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及爆炸物檢測領域，特別是涉及一種可識別性檢測制式與非制式爆炸物 氣氛的基于硫化鋅納米晶的爆炸物傳感器陣列的制備方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，在世界范圍內(nèi)、恐怖活動猖獗、恐怖爆炸襲擊呈逐年上升趨勢。爆炸物分 為兩類:第一類為制式爆炸物，如三硝基甲苯、2,4_二硝基甲苯等，近年來針對制式爆炸物 原料的檢測雖然取得了一定的進展，然而對其識別檢測仍然存在巨大挑戰(zhàn)。第二類為非制 式爆炸物，如黑火藥等，主要由價格便宜、易于購買的硝酸銨、硝酸鉀、氯酸鉀、高錳酸鉀和 硫磺等構(gòu)成，其具有蒸氣壓低的特點，如硝酸銨和高氯酸銨在25°C時的蒸氣壓分別約為 14.7和0.0000401??13，因此室溫下難以實現(xiàn)對非制式爆炸物及其制爆原料的氣氛檢測。然 而，非制式爆炸物的檢測識別對人民的生命財產(chǎn)安全至關重要。少數(shù)的檢測非制式爆炸物 原料的方法有離子色譜法、離子迀移譜技術等，但其存在檢測靈敏度低、設備造價昂貴等不 足。因此，開發(fā)具有響應速度快、靈敏度高、檢測范圍廣、識別性能好、功耗低、成本低廉的爆 炸物檢測方法尤為必要。
[0003]近年來，基于電阻型氣敏傳感器的痕量檢測技術快速發(fā)展，為非制式爆炸物的痕 量檢測提供了新的思路和方法。硫化鋅納米晶對表面電性能的變化非常敏感，具有作為高 靈敏電阻型氣敏材料的潛力。但是，由于電阻型氣敏傳感器的工作溫度一般在200-500°C之 間，硫化鋅在這樣的高溫下容易發(fā)生不可逆的氧化反應。此外，純金屬氧化物或硫化物半導 體材料普遍存在氣敏選擇性差的問題，而高選擇性和低功耗是衡量電阻型氣敏傳感器性能 的兩項重要指標，通過摻雜可以提高硫化鋅納米晶的選擇性和靈敏度、降低其工作溫度，從 而實現(xiàn)室溫下對爆炸物的識別性檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提供一種簡單的、可識別檢測制式及非制式爆炸物的基于錳 摻雜硫化鋅納米晶的爆炸物傳感器陣列的制備方法。該方法中涉及的裝置是由8個傳感器、 陶瓷基底和16個電極組成，利用錳離子摻雜造成表面態(tài)和電子耗盡層的變化，并由此引起 各傳感器間檢測性能的差異，采用雷達指紋圖譜的數(shù)據(jù)處理方法，在室溫下（25°C)可實現(xiàn) 對2種制式爆炸物三硝基甲苯和2，4_二硝基甲苯以及6種非制式爆炸物原料硝酸鉀、黑火 藥、高錳酸鉀、硫磺、農(nóng)用尿素化肥和尿素的快速(1-7秒)識別檢測，彌補了傳統(tǒng)傳感器無法 識別和誤報率高的缺點。
[0005] 本發(fā)明所述的一種基于錳摻雜硫化鋅納米晶的爆炸物傳感器陣列的制備方法，該 方法中涉及的裝置是由第一傳感器（1)、第二傳感器(2)、第三傳感器(3)、第四傳感器(4)、 第五傳感器(5)、第六傳感器(6)、第七傳感器(7)、第八傳感器(8)、第一電極(9)、第二電極 (10)、第三電極（11)、第四電極（12)、第五電極（13)、第六電極（14)、第七電極（15)、第八電 極（16)、第九電極（17)、第十電極（18)、第^^一電極（19)、第十二電極（20)、第十三電極 (21)、第十四電極(22)、第十五電極(23)、第十六電極(24)和陶瓷基底(25)組成，在陶瓷基 底（25)上分別上下固定第二傳感器(2)、第四傳感器(4)、第六傳感器(6)和第八傳感器(8) 及第一傳感器（1)、第三傳感器(3)、第五傳感器(5)和第七傳感器(7)，第一傳感器（1)通過 上端和下端的連接線分別與第一電極(9)和第二電極(10)連接，第二傳感器(2)通過上端和 下端的連接線分別與第三電極（11)和第四電極（12)連接，第三傳感器(3)通過上端和下端 的連接線分別與第五電極（13)和第六電極（14)連接，第四傳感器(4)通過上端和下端的連 接線分別與第七電極（15)和第八電極（16)連接，第五傳感器(5)通過上端和下端的連接線 分別與第九電極（17)和第十電極（18)連接，第六傳感器(6)通過上端和下端的連接線分別 與第十一電極（19)和第十二電極(20)連接，第七傳感器(7)通過上端和下端的連接線分別 與第十三電極(21)和第十四電極(22)連接，第八傳感器(8)通過上端和下端的連接線分別 與第十五電極(23)和第十六電極(24)連接，具體操作按下列步驟進行：
[0006] 氣敏材料的制備：
[0007] a、按摩爾比100:0-20將乙酸鋅和乙酸錳溶解于40-50mL去離子水中，超聲20分鐘 得到鋅錳混合物溶液，鋅離子的濃度為1-1.5mol/L;
[0008] b、將步驟a中得到的混合物通入氮氣30分鐘后，取與乙酸鋅等摩爾量的硫化鈉溶 于1 OmL的去離子水中，超聲5分鐘，保持硫化鈉的濃度為4-6mo 1 /L，再將硫化鈉溶液逐滴加 入步驟a得到的混合物中，在溫度0-30°C條件下持續(xù)攪拌反應3-8小時，得到錳離子摻雜濃 度分別為〇%、1%、1.6%、2%、5%、10%、14%和20%的硫化鋅納米晶沉淀；
[0009] C、將步驟b中得到的沉淀使用去離子水超聲洗滌，離心分離3-5次，然后將離心后 的沉淀物在溫度20-100°C條件下干燥約8-24小時，分別得到8種濃度錳摻雜的硫化鋅納米 晶粉體；
[0010]電阻式氣體傳感器陣列的制備：
[0011] d、將步驟c中得到的8種濃度錳摻雜的硫化鋅納米晶粉體分別分散在去離子水中 并研磨10分鐘，得到8種濃度錳摻雜的硫化鋅納米晶糊狀物，再將上述8種濃度糊狀物分別 均勻地涂覆在第一傳感器（1 )、第二傳感器(2)、第三傳感器(3)、第四傳感器(4)、第五傳感 器(5)、第六傳感器(6)、第七傳感器(7)和第八傳感器(8)上，在室溫下干燥，組成氣體傳感 器陣列。
[0012] 步驟b得到的硫化鋅納米晶粒徑為2-6納米。
[0013] 步驟b中溫度為25°C，反應時間為5小時。
[0014] 所述方法獲得的基于錳摻雜硫化鋅納米晶的爆炸物傳感器陣列在檢測含有三硝 基甲苯、2,4_二硝基甲苯、黑火藥以及制爆原料硝酸鉀、高錳酸鉀、硫磺、尿素或農(nóng)用尿素化 肥的爆炸物氣氛的用途。
[0015] 本發(fā)明所述的一種基于錳摻雜的硫化鋅納米晶爆炸物傳感器陣列識別爆炸物的 方法，該方法利用錳離子摻雜造成的表面態(tài)和電子耗盡層的變化，并由此造成各傳感器間 檢測性能的差異，采用雷達指紋圖譜數(shù)據(jù)處理方法，可實現(xiàn)對2種制式爆炸物以及6種非制 式爆炸物原料的快速識別檢測，彌補了傳統(tǒng)傳感器易受干擾、誤報率高的缺點。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明中傳感器陣列示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明中純硫化鋅納米晶的透射電鏡圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明中摻雜10%錳離子的硫化鋅納米晶的透射電鏡圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明中所用的摻雜20%錳離子的硫化鋅納米晶的透射電鏡圖；
[0020] 圖5為本發(fā)明中傳感器陣列對室溫下的2,4_二硝基甲苯飽和蒸氣的響應曲線圖， 其中由左至右所對應的響應曲線分別對應著第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳 感器、第五傳感器、第六傳感器、第七傳感器和第八傳感器；
[0021 ]圖6為本發(fā)明中傳感器陣列對室溫下的三硝基甲苯飽和蒸氣的響應曲線圖，其中 由左至右所對應的響應曲線分別對應著第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感 器、第五傳感器、第六傳感器、第七傳感器和第八傳感器；
[0022] 圖7為本發(fā)明中傳感器陣列對室溫下的尿素飽和蒸氣的響應曲線圖，其中由左至 右所對應的響應曲線分別對應著第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感器、第五 傳感器、第六傳感器、第七傳感器和第八傳感器；
[0023] 圖8為本發(fā)明中傳感器陣列對室溫下的硫磺飽和蒸氣的響應曲線圖，其中由左至 右所對應的響應曲線分別對應著第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感器、第五 傳感器、第六傳感器、第七傳感器和第八傳感器；
[0024] 圖9為本發(fā)明中傳感器陣列對室溫下的農(nóng)用尿素化肥飽和蒸氣的響應曲線圖，其 中由左至右所對應的響應曲線分別對應著第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感 器、第五傳感器、第六傳感器、第七傳感器和第八傳感器；
[0025] 圖10為本發(fā)明中傳感器陣列對室溫下的