專利名稱：甲醛氣敏材料及其制備方法以及甲醛氣敏器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏元件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種曱醛 氣敏材料及其制備方法以及曱醛氣敏器件的制作方法。
背景技術(shù)：
曱醛是一種破壞生物細(xì)胞蛋白質(zhì)的原生質(zhì)毒物，會(huì)對(duì)人的皮膚、呼吸 道及內(nèi)臟造成損害，麻醉人的中樞神經(jīng)，引起肺水肺、肝昏迷、腎衰竭等。 目前甲醛污染問(wèn)題集中于居室、裝飾材料中。居室裝飾材料和家具中的膠 合板、纖維板、等人造板材中含有大量以曱醛為主的脲醛樹脂，各類油漆、 涂料中都含有曱醛。曱醛污染問(wèn)題嚴(yán)重威脅人體健康，應(yīng)引起人們的高度 關(guān)注，甲醛含量已成為當(dāng)今居室污染監(jiān)測(cè)的 一項(xiàng)重要安全指標(biāo)。現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外氣敏傳感器的研究與生產(chǎn)絕大多數(shù)以金屬氧化物半導(dǎo)體Sn02、 Zn0、 Fe203為主要基質(zhì)材料，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中95%為傳統(tǒng)的旁熱式結(jié)構(gòu)的 氣敏元件。而對(duì)于甲醛氣敏傳感器，在國(guó)內(nèi)正處于探索、研究階段，尚未 形成商業(yè)化。國(guó)內(nèi)對(duì)于室內(nèi)曱醛氣體的探測(cè)仍以取樣后進(jìn)行測(cè)試的方法為 主，而甲醛氣體的釋放是一個(gè)逐漸的過(guò)程，因此研究一種市民可以在自己 家中獨(dú)立完成的、簡(jiǎn)便、靈敏、快速、直觀、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)的曱醛氣敏傳感 器將會(huì)有很大的市場(chǎng)前景。對(duì)曱醛污染氣體的檢測(cè)最理想的方法首選半導(dǎo)體氣敏傳感器，因?yàn)樗?具有反應(yīng)快、靈敏度高、無(wú)須采樣、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、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 研究領(lǐng)域里的最為關(guān)鍵部分。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)、有效測(cè)試曱醛氣體的曱醛氣敏材料 及其制備方法。本發(fā)明的另一目的提供一種用曱醛氣敏材料制作曱醛氣敏器件的方 法，將本發(fā)明的制備的曱醛氣敏材料制作氣敏電極，再采用的是傳統(tǒng)的燒 結(jié)旁熱式氣敏元件的制備方法制作曱醛氣敏器件。本發(fā)明的技術(shù)方案如下曱醛氣敏材料組分以SnO廠Ti02二元納米復(fù)合粉末為基質(zhì)，其中Ti/Sn 摩爾比為O. 2-0. 5,摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為2°/。-5。/。的C(T。上述SnO廠Ti02二元納米復(fù)合粉末為納米細(xì)粉，主要以銳鈦礦型1402與 四方晶型Sn02相為主，粒徑在20-100nm。Sn02-Ti02二元納米復(fù)合粉末是由溶膠-凝膠法制得，按體積份取各原
料，取10份Ti (OCJU 4在攪拌條件下，逐滴加到26份無(wú)水乙醇中，再繼續(xù) 攪拌30min，得到淺黃色透明溶液A;按計(jì)算Sn和Ti的摩爾比為0. 2-0. 5取 SnCl, 5H20加入到溶液A中，攪拌使溶液均勻透明，得到溶液B;將20份無(wú) 水乙醇、2份濃度為lmol/L HC1水溶液和2-5份蒸餾水混合均勻后得到無(wú)色 透明溶液C;將溶液C在攪拌條件下，逐滴加到溶液B中，得到淡黃色透明溶 液，繼續(xù)攪拌2h，然后密封靜置，真空干燥后得到米黃色凝膠顆粒；將干 凝膠研磨細(xì)化后，在45(TC下煅燒2h，即得到SnO廠Ti02二元納米復(fù)合粉末， 通過(guò)改變SnCl4 '5H20的量得到摩爾比Sn/Ti^. 2-0. 5的比例的SnO廠丁102二元 納米復(fù)合粉末；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為2。/。-5。/。CdCl2與Sn02-Ti02二元納米復(fù)合粉末 混合研磨，使C(P摻雜到納米復(fù)合粉末中，再以適量的無(wú)水乙醇及O. 2-l份 聚乙二醇調(diào)成糊狀，均勻涂敷在電極管表面，經(jīng)過(guò)40(TC退火處理2-4小時(shí)， 制得曱醛氣敏電極管。本發(fā)明曱醛氣敏器件的制作步驟如下1. Sn02-Ti02二元復(fù)合納米粉末的制備按體積份取各原料，取10份Ti (OCA) 4在攪拌條件下，逐滴加到26份 無(wú)水乙醇中，再繼續(xù)攪拌30min,得到淺黃色透明溶液A;按計(jì)算摩爾比Sn/ Ti為O. 2-0. 5取SnCl廣5H20加入到溶液A中,攪拌使溶液均勻透明，得到B 液；將20份無(wú)水乙醇、2份濃度為lmol/L HCl水溶液和2-5份蒸餾水混合均 勻后得到無(wú)色透明溶液C;將溶液C在攪拌條件下，逐滴加到溶液B中，得到 淡黃色透明溶液，繼續(xù)攪拌2h,然后密封靜置，真空干燥后得到米黃色凝 膠顆粒；將干凝膠研磨細(xì)化后，在450。C下煅燒2h,即得到SnO廠Ti02二元納 米復(fù)合粉末，通過(guò)改變SnCl4 5H2O的量得到摩爾比Sn/Ti-0. 2-0. 5的比例的 Sn02-T i 02二元納米復(fù)合粉末；2. 將步驟l所得的SnO廣Ti02二元納米復(fù)合粉末與質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為 2%-5WMCl2混合研磨，使Cd"摻雜到納米復(fù)合粉末中，以提高對(duì)甲醛氣體的 靈敏度與選擇性，研磨后以適量無(wú)水乙醇及O. 2-l份聚乙二醇調(diào)成糊狀，均 勻涂敷在電極管表面，經(jīng)過(guò)400。C退火處理2-4小時(shí)，制得曱醛氣敏器件的 核心部分甲醛氣敏電極管；3. 最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對(duì)氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、封裝、 制得曱醛氣敏器件。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的甲醛氣敏器件的特點(diǎn)如下 本發(fā)明提出了一種新的曱醛氣敏材料，該材料具備納米材料的量子效 應(yīng)，自催化活性，表面效應(yīng)等特點(diǎn)，同時(shí)作為一種新開發(fā)的氣敏材料，對(duì) 曱醛氣體靈敏度高，分辨率高，選擇性能好，能有效分辨室內(nèi)裝飾污染氣 體如苯、甲苯、二甲苯、氨等氣體對(duì)甲醛氣敏元件的干擾，響應(yīng)時(shí)間短、 工作溫度低，符合實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)甲醛氣敏傳感器器件的要求。
本發(fā)明的曱醛氣敏器件主要技術(shù)指標(biāo)如下1、 器件檢測(cè)范圍氣體濃度20ppm-1000ppm;2、 器件工作溫度26(TC-300°C;3、 4全測(cè)靈4丈度12-60，曱醛濃度20ppm-1000ppm4、 抗擾性能對(duì)干擾氣體苯、曱苯、二曱苯、氨靈敏度^5;5、 器件反應(yīng)時(shí)間小于15s;6、 器件恢復(fù)時(shí)間小于32s。
具體實(shí)施方式
以下用實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。 實(shí)施例l曱醛氣敏器件制作步驟1. Sn02-1102二元納米復(fù)合粉末的制備取10mlTi (OC4H9),在攪拌條件下，逐滴加到26ml無(wú)水乙醇中，再繼 續(xù)攪拌30min，得到淺黃色透明溶液A;按計(jì)算Sn和Ti的摩爾比為0. 3取 SnCl4 5H20加入到溶液A中，攪拌使溶液均勻透明，得到B液；將20ml 無(wú)水乙醇、2ral濃度為lmol/L HC1水溶液和2ml蒸餾水混合均勻后得到無(wú) 色透明溶液C;將溶液C在攪拌條件下，滴加到溶液B液中，可得到淡黃 色透明溶液繼續(xù)攪拌2h,然后密封靜置，真空干燥后得到黃白色凝膠顆粒； 將干凝膠研磨細(xì)化后，在450。C下煅燒2h，即得到SnO廠Ti02二元納米復(fù)合 粉末；2. 將質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為2%的CdCl2與步驟1所得的SnO廣Ti02二元納米復(fù) 合粉末混合研磨，使Cf+摻雜到納米復(fù)合粉末中，以提高對(duì)甲醛氣體的靈 敏度與選擇性，研磨后以適量無(wú)水乙醇及0. 5ml聚乙二醇調(diào)成糊狀，均勻 涂敷在電極管表面，經(jīng)過(guò)400。C退火處理3小時(shí)，制得曱醛氣敏電極管；3. 最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對(duì)曱醛氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、 封裝，制得曱醛氣敏器件。此器件專門用于室內(nèi)裝飾污染氣體曱醛的檢測(cè)， 對(duì)于其他室內(nèi)裝飾污染氣體如苯、曱苯、二曱苯、氨等氣體具有很好抗擾 性。實(shí)施2中甲醛氣敏器件制作步驟除Sn和Ti的摩爾比為0.2取 SnCl4 . 5H20的量和Sn02-Ti02二元納米復(fù)合粉末按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比3%摻雜CdCl2 外，其余與例1相同。實(shí)施3中甲醛氣敏器件制作步驟除Sn和Ti的摩爾比為0.5取 SnCl4 . 5H20的量和SnO廣Ti02二元納米復(fù)合粉末按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比5°/。摻雜CdCl2 外，其余與例1相同。
權(quán)利要求
1、 曱醛氣敏材料，材料組分以Sn0廠Ti02二元納米復(fù)合粉末為基質(zhì)，其 中Ti/Sn摩爾比為0. 2-0. 5，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為2%-5。/。的Cd2、
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述曱醛氣敏材料，其特征在于SnO廠Ti02二元納 米復(fù)合粉末，Ti02為銳鈦礦型Ti02相，Sn02為四方晶型Sn02相，粒徑在 20-100nm。
3、 曱醛氣敏材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行(1)、 SnO廠Ti02二元 納米復(fù)合粉末的制備按體積份取各原料，取10份Ti ( OC4H9) 4在攪拌條件 下，逐滴加到26份無(wú)水乙醇中，再繼續(xù)攪拌30min,得到淺黃色透明溶液A; 按計(jì)算摩爾比Sn/Ti為0. 2-0. 5取SnCl4 . 5H20加入到溶液A中,攪拌使溶液均 勻透明，得到溶液B;將20份無(wú)水乙醇、2份濃度為lmol/LHCl水溶液和2-5 份蒸餾水混合均勻后得到無(wú)色透明溶液C;將溶液C在攪拌條件下，滴加到 溶液B中，得到淡黃色透明溶液，繼續(xù)攪拌2h,然后密封靜置，真空干燥后 得到米黃色凝膠顆粒；將干凝膠研磨細(xì)化后，在450。C下煅燒2h,得到 SnO廠Ti02二元納米復(fù)合粉末；(2)、將SnO廠Ti02二元納米復(fù)合粉末按質(zhì)量分 數(shù)比2°/。-5。/。摻雜CdCl2。
4、 曱醛氣敏器件的制作方法，按以下步驟進(jìn)行(1)、 SnO廠Ti02二元 復(fù)合納米粉末的制備按體積份取各原料，取10份Ti ( OC4H9) 4在攪拌條件 下，逐滴加到26份無(wú)水乙醇中，再繼續(xù)攪拌30min，得到淺黃色透明溶液A; 按計(jì)算摩爾比Sn/Ti為0. 2-0. 5取SnCl4 . 5H20加入到溶液A中，攪拌使溶液均 勻透明，得到溶液B;將20份無(wú)水乙醇、2份濃度為lmol/LHCl水溶液和2-5 份蒸鎦水混合均勻后得到無(wú)色透明溶液C;將溶液C在攪拌條件下，滴加到 溶液B中，得到淡黃色透明溶液，繼續(xù)攪拌2h，然后密封靜置，真空干燥后 得到米黃色凝膠顆粒；將干凝膠研磨細(xì)化后，在450。C下煅燒2h,即得到 Sn02-Ti02二元納米復(fù)合粉末；(2)將步驟(1)所得的SnO廣Ti02二元納米復(fù)合 粉末按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比2%-5y。摻雜CdCh,研磨后以適量無(wú)水乙醇及O. 2-l份聚乙 二醇調(diào)成糊狀，均勻涂敷在電極管表面，經(jīng)過(guò)40(TC退火處理2-4小時(shí)，制 得曱醛氣敏電極管；(3)、最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對(duì)氣敏電極管進(jìn)行焊 接、電老化、封裝、制得曱醛氣敏器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及甲醛氣敏材料及其制備方法以及甲醛氣敏器件的制作方法，甲醛氣敏材料組分以SnO₂-TiO₂二元納米復(fù)合材料為基質(zhì)，其中Ti/Sn摩爾比為0.2-0.5，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為2％-5％的Cd²⁺，將甲醛氣敏材料研磨后以適量無(wú)水乙醇及0.2-1份聚乙二醇調(diào)成糊狀，均勻涂敷在電極管表面，經(jīng)過(guò)400℃退火處理2-4小時(shí)，制得甲醛氣敏電極管；(3)、最后按旁熱式結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)工藝對(duì)氣敏電極管進(jìn)行焊接、電老化、封裝、制得甲醛氣敏器件。本發(fā)明制得的氣敏傳感器具有較低工作溫度，對(duì)甲醛氣體靈敏度高，對(duì)室內(nèi)其他污染氣體苯、甲苯、二甲苯、氨等氣體的抗擾性能好，響應(yīng)與恢復(fù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，可用于室內(nèi)裝飾甲醛氣體污染的檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N27/12GK101144789SQ20071005334
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月24日
發(fā)明者文 曾, 林志東 申請(qǐng)人:武漢工程大學(xué)