一種交叉四氧化三鈷納米片陣列、包含所述陣列的氣體傳感器及其用圖
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種交叉四氧化三鈷納米片陣列、包含所述陣列的氣體傳感器及其用途。這種特殊的交叉四氧化三鈷納米片陣列中各納米片之間相互交叉穿過，納米片為介孔結(jié)構(gòu)，在111℃左右選擇性檢測丙酮的靈敏度最高，為16.5。本發(fā)明的交叉四氧化三鈷納米片陣列克服了傳統(tǒng)的四氧化三鈷納米片無法直接在只起支撐作用的絕緣襯底上生成陣列的問題，生產(chǎn)成本低，效率高，操作過程簡單可控。所述交叉四氧化三鈷納米片陣列，具有開放式結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和電子遷移率，可以提供更多空間以利于氣體分子的快速吸附和脫離，明顯提高材料的氣敏性能，具有很好的穩(wěn)定性，60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試，二十次測試性能變化率僅為±8%，非常適合用于傳感器、丙酮檢測、醫(yī)療檢測。
【專利說明】
一種交叉四氧化三鈷納米片陣列、包含所述陣列的氣體傳感器及其用途
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種交叉四氧化三鈷納米片陣列、包含所述陣列的氣體傳感器及其用途。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國社會經(jīng)濟水平和生活水平的提升，以及生活和工作壓力的增大，亞健康人群越來越多，各種疾病的易感群體開始廣泛化年輕化。人體呼出的氣體中，除了氮、氧和二氧化碳之外，還包含著其他許多種化合物，這些化合物的含量水平是判斷身體狀況的一個重要指標(biāo)。比如，呼出氣體中丙酮含量較高，則意味著有很大風(fēng)險患上了糖尿病;而若呼出氣體中一氧化氮含量高于正常水平，則很可能是得了哮喘病。正因如此，非侵入式的呼吸分析儀器在醫(yī)學(xué)診斷和疾病監(jiān)控領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿?。目前已開發(fā)出多種呼吸分析儀器用于醫(yī)學(xué)診斷，但這些分析儀器中大多是使用質(zhì)譜分析方法或激光來分析呼出氣體中的特定化合物，分析范圍很小，因而診斷不同的疾病，就需要使用不同的設(shè)備。
[0003]而半導(dǎo)體性氣體傳感器滿足成本小、能耗低，只依靠呼出氣體就能實現(xiàn)監(jiān)測，分析種類多、及時且操作簡單，對人體無損傷的一系列指標(biāo)。并且半導(dǎo)體型氣體傳感器的體積可以做得足夠小，它完全可以像血壓計一樣走進(jìn)千家萬戶，極適宜制備滿足人們?nèi)粘＜矣煤粑\斷裝置，實時動態(tài)監(jiān)測我們的健康狀況，實現(xiàn)對疾病的早期檢測和早期干預(yù)。如果把這些生理信號傳感器與移動通信、云計算和穿戴式設(shè)備等結(jié)合，我們完全可以用“革命”一詞來形容其對人們健康生活和醫(yī)療市場的改變。
[0004]金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器因其優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域而受到了大量關(guān)注。就用作氣體傳感器的材料而言，納米材料由于具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等特性而廣受關(guān)注。從空間維度的角度出發(fā)，納米材料可以劃分為:零維納米材料，如納米粒，原子團簇等;一維納米材料，如納米線，納米片，納米管，納米棒等;二維納米材料，如超薄膜，超晶格等。納米材料的物理和化學(xué)性能很大程度上取決于材料的種類、結(jié)構(gòu)與形貌。一維納米材料由于其比表面積大的優(yōu)勢，在催化、儲能、光學(xué)、傳感方面具有極大的開發(fā)潛能。其中，納米片相較于納米線，納米管，納米棒等材料而言，往往具有更大的比表面積，與氣體更大的接觸面積。但是傳統(tǒng)的納米片材料用于制備氣體傳感器時，往往呈無序堆積狀，這不僅會減少有效的氣體吸附活性位點，而且不利于電子在納米片之間和納米片與電極之間的傳遞。
[0005]目前的金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料傳感器通常是首先制備粉末氣敏材料，將其涂覆在預(yù)制好的絕緣襯底上，再經(jīng)過退火老化等步驟最終制得氣體傳感器。這類氣體傳感器往往會大大減小材料的吸附和電學(xué)傳輸功效，從而失去比表面積大，高長徑比等優(yōu)勢。因此，制備可直接生長于絕緣襯底上的納米材料對氣體傳感器尤為重要。
[0006]對于利用功能性材料制造的氣體傳感器，其性能取決于功能性材料的種類、結(jié)構(gòu)與形貌的綜合協(xié)同作用。對于金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料傳感器，其性能取決于金屬氧化物的種類、結(jié)構(gòu)與形貌的綜合協(xié)同作用。
[0007]靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性是評判氣體傳感器性能的最重要的指標(biāo)，對于氣體傳感器而言，這三個指標(biāo)作為一個整體對氣體傳感器進(jìn)行綜合評判的指標(biāo)。傳感器的靈敏度是指，通入目標(biāo)氣體后的電阻Rg，與在空氣中的初始電阻Ra的比值(S=Rg/Ra)。當(dāng)傳感器在較低溫度下工作時，其材料表面吸附的氧負(fù)離子較少，可進(jìn)行氣敏反應(yīng)的活性位點也較少，所以靈敏度普遍較低甚至無氣敏檢測性能。選擇具有較大比表面積或者暴露面活性位點較多的材料用于氣敏檢測，可以提升傳感器的靈敏度。
[0008]傳感器的選擇性是指，在有干擾氣體的環(huán)境氛圍中，傳感器只對某種氣體有反應(yīng)，或者對此種氣體的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他氣體。良好的選擇性是氣敏傳感器可用于檢測對應(yīng)氣體的前提，氣敏材料具有良好的選擇性時，才能排除檢測環(huán)境中其他氣氛的干擾，保證檢測結(jié)果的可靠性。傳感器選擇性的高低可通過目標(biāo)氣體靈敏度與干擾氣體靈敏度的比值來表征，比值越高，說明傳感器的選擇性越好。
[0009]傳感器的穩(wěn)定性是指，傳感器在工作或者放置一段時間后其靈敏度和選擇性沒有大幅度的降低，仍舊在可靠范圍內(nèi)。傳感器能否投入實際應(yīng)用，穩(wěn)定性是決定性的因素。如果穩(wěn)定性不好，即使傳感器的靈敏度和選擇性很好，也是無法進(jìn)行實際推廣應(yīng)用的。通常情況，氣體傳感器的靈敏度會受到濕度和時間的影響，濕度越大或者工作或者放置的時間越長，穩(wěn)定性越差;也就是，濕度越大或者工作或者放置的時間越長，氣體傳感器的靈敏度和選擇性越低。穩(wěn)定性差的氣體傳感器在實際應(yīng)用中不僅檢測結(jié)果可靠性低而且會極大的提尚制備成本。
[0010]適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟仁菤怏w傳感器進(jìn)行有效工作的必要條件，常規(guī)氣敏傳感器特別是金屬氧化物作為功能性材料的氣體傳感器，往往需要較高的最佳工作溫度(200°c以上，甚至要到400°C以上)才能達(dá)到最高的檢測靈敏度，而長時間在高溫下工作會導(dǎo)致傳感器的靈敏度降低，選擇性變差，穩(wěn)定性變差甚至失效。因此，對于傳感器領(lǐng)域而言，能在較低溫度下工作的功能性材料具有非常重要的意義，即使能降低幾度的溫度，也對傳感器的靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性具有重要的影響。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)中，能檢測丙酮的氣體傳感器的最佳工作溫度通常為200°C以上(例如，CN104950017A的圖4報道當(dāng)工作溫度為200°C時，其靈敏度高于其他工作溫度下的靈敏度，200°C作為器件的最佳工作溫度)或者在降低溫度檢測時，靈敏度很差(例如J Mater Sc1:Mater Electron, 2015，15，3995報道的，其制備的C03O4納米片，在160°C對10ppm丙酮的靈敏度僅為6.1)。
[0012]因而，制備可用于低溫檢測的氣敏材料是當(dāng)今傳感器材料的研究重點，它對于傳感器廣泛用于工業(yè)環(huán)境和日常生活中的檢測具有極大的推動作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的交叉四氧化三鈷納米片陣列、包含所述陣列的氣敏傳感器及其用途。
[0014]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述陣列中各納米片之間相互交叉穿過，所述的納米片為介孔結(jié)構(gòu)，所述的納米片陣列在90°C?IirC左右選擇性檢測丙酮的靈敏度最高。
[0015]所述選擇性檢測丙酮的靈敏度最高，并不限制所述的納米片陣列在其他溫度具有選擇性檢測丙酮的性能，只是在90 °C?111 °C左右靈敏度最高。所述的90 °C?11 TC左右是指在本領(lǐng)域技術(shù)人員允許的檢測誤差范圍內(nèi)(例如，± TC)都具有選擇性檢測丙酮的靈敏度最高。所述的90°C?IlTC左右是本發(fā)明所述交叉四氧化三鈷納米片陣列的最佳工作溫度。
[0016]進(jìn)一步地，所述的各納米片之間是互相垂直的交叉穿過。如圖2、圖3所示，所述的垂直是指各納米片之間可以在空間任意位置形成90°的夾角。
[0017]進(jìn)一步地，所述的介孔結(jié)構(gòu)的孔徑為2nm?50nm。
[0018]進(jìn)一步地，所述的納米片陣列為金屬修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。
[0019]進(jìn)一步地，所述的金屬選自第IB族、第VIII族任意一種或任意多種，優(yōu)選的，所述的金屬選自鉑、金、銀和鈀中的任意一種或任意多種。
[°02°] 進(jìn)一步地，所述金屬所占的比例為0.0lwt%?0.5wt%，優(yōu)選的所述金屬所占的比例為0.05wt%?0.5wt%，更優(yōu)選的所述金屬所占的比例為0.lwt%?0.4wt%。
[0021]進(jìn)一步地，所述的納米片陣列用于在200°C以下選擇性檢測丙酮;優(yōu)選的，所述的納米片陣列用于在160°C以下選擇性檢測丙酮;優(yōu)選的，所述的納米片陣列用于在60°C?160°C選擇性檢測丙酮;更優(yōu)選的，所述的納米片陣列用于在90°C?130°C選擇性檢測丙酮，更優(yōu)選的，所述的納米片陣列用于在90°C?IirC選擇性檢測丙酮。
[0022]進(jìn)一步地，所述的納米片陣列能實現(xiàn)濃度為10?100ppm的丙酮檢測。
[0023]進(jìn)一步地，所述的納米片陣列具有很好的穩(wěn)定性，60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 3%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±4%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±5%; 二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為土 8%。
[0024]本發(fā)明的第二個目的是提供一種氣體傳感器，所述的氣體傳感器包含襯底和如前所述任何一種形式的交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述襯底僅用于支撐所述納米片陣列，所述襯底的材料為絕緣材料，所述納米片陣列直接生長于所述襯底上。
[0025]進(jìn)一步地，所述納米片陣列垂直生長于所述襯底上，所述的垂直是指納米片和襯底可以在空間任意位置形成90°的夾角。
[0026]進(jìn)一步地，所述的襯底選自絕緣陶瓷、玻璃、含硅材料。
[0027]本發(fā)明的第三個目的是提供一種制備交叉四氧化三鈷納米片陣列的方法，包括如下步驟:
一種交叉四氧化三鈷納米片陣列的制備方法，包括如下步驟:
(1)將二水合檸檬酸三鈉，氟化銨，尿素，鈷鹽和水?dāng)嚢璧玫骄鶆虻娜芤?，然后將干凈的襯底置于所述的溶液中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到四氧化三鈷前驅(qū)體；
(2)將所述的四氧化三鈷前驅(qū)體進(jìn)行熱處理，即得到交叉四氧化三鈷納米片陣列。
[0028]進(jìn)一步地，在步驟(2)后還包括步驟(3):在所述交叉四氧化三鈷納米片陣列蒸鍍上金屬的步驟，即得到金屬修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。
[0029]進(jìn)一步地，所述的步驟(I)中的襯底為絕緣襯底;優(yōu)選的，所述的襯底選自絕緣陶瓷、玻璃、含硅材料；
進(jìn)一步地，所述的步驟(I)中的鈷鹽選自硝酸鈷、醋酸鈷、氯化鈷； 進(jìn)一步地，所述的步驟(I)中的鈷鹽、尿素、氟化銨、二水合檸檬酸三鈉的摩爾比為10:5:5:1?5:3:2:1 ；
進(jìn)一步地，所述的步驟(I)中水熱反應(yīng)的溫度為90°C?120°C，水熱反應(yīng)的時間為12h以上;優(yōu)選的，所述的水熱反應(yīng)的時間為12h?24h。
[0030]進(jìn)一步地，所述的步驟(I)的水熱反應(yīng)在反應(yīng)釜中進(jìn)行，優(yōu)選的，所述反應(yīng)釜的填裝度為60%?80%。優(yōu)選的，所述的反應(yīng)釜為不銹鋼反應(yīng)釜。
[0031]進(jìn)一步地，所述的步驟(2)中熱處理的溫度為350°C?550°C，熱處理時間為2?4h，升溫速度為5?20°C/min。
[0032]進(jìn)一步地，所述納米片陣列垂直生長于所述襯底上，所述的垂直是指納米片和襯底可以在空間任意位置形成90°的夾角。
[0033]進(jìn)一步地，所述的金屬選自第IB族、第VIII族任意一種或任意多種，優(yōu)選的，所述的金屬選自金、銀和鈀中的任意一種或任意多種。
[0034]進(jìn)一步地，所述金屬所占的比例為0.0lwt%?0.5wt%，優(yōu)選的所述金屬所占的比例為0.05wt%?0.5wt%，更優(yōu)選的所述金屬所占的比例為0.lwt%?0.4wt%。
[0035]本發(fā)明提供的方法可以制備上述的交叉四氧化三鈷納米片陣列。不同于常規(guī)的四氧化三鈷納米片的制備方法，
【申請人】意外的發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明的方法制得了一種特殊形貌的交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述陣列中各納米片之間相互交叉穿過，通過氟化銨、尿素、二水合檸檬酸三鈉、鈷鹽四種物質(zhì)之間作為一個整體的協(xié)同作用，發(fā)生直接絡(luò)合反應(yīng)，直接在襯底上形核，生成特殊形貌的交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述陣列中各納米片之間相互交叉穿過，所述的納米片為介孔結(jié)構(gòu)。
[0036]本發(fā)明提供的交叉四氧化三鈷納米片陣列，具有較大的比表面積和電子迀移率。其中，交叉四氧化三鈷納米片陣列之間的空隙有利于氣體分子的吸附于脫附反應(yīng)，提高反應(yīng)的靈敏度并減少反應(yīng)時長。本發(fā)明的交叉四氧化三鈷納米陣列在合成過程中，是直接在襯底表面結(jié)晶形核生長的，不需要傳統(tǒng)的涂覆過程，并且具有更好的性能(大幅降低了最佳工作溫度，并且提高了檢測靈敏度)。所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列直接在襯底上形核生長，也不需要先生長籽晶，減少了反應(yīng)步驟降低了生產(chǎn)成本，也使得整個反應(yīng)過程更加可控。交叉陣列形貌導(dǎo)致的開放式的結(jié)構(gòu)有利于氣體與納米片表面的充分接觸、使其有較大的比表面積和電子迀移率，并且交叉納米片陣列之間的空隙有利于氣體分子的吸附于脫附反應(yīng)，增大材料的氣體靈敏度，并加快吸附和脫附的速率。
[0037]本發(fā)明的第四個目的是提供如前所述任何一種形式的交叉四氧化三鈷納米片陣列在傳感器、丙酮檢測、醫(yī)療檢測方面的用途。
[0038]本發(fā)明的第五個目的是提供所述的氣體傳感器在傳感器、丙酮檢測，醫(yī)療檢測方面的用途，比如通過人體呼出氣體中丙酮的含量來檢測是否患有糖尿病。呼吸診斷糖尿病裝置可以包含本發(fā)明所述的氣體傳感器，所述的呼吸診斷糖尿病裝置可以是便攜式的。
[0039]本發(fā)明所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列和氣體傳感器可用于多種環(huán)境下檢測不同濃度的丙酮，比如，在人體呼出氣體檢測中，用于檢測低濃度的丙酮(彡1ppm)，以檢測是否患有糖尿病，在工業(yè)環(huán)境中檢測高濃度的丙酮(多500ppm)，以檢測環(huán)境對人體是否具有危害。
[0040]本發(fā)明的第六個目的是提供一種丙酮檢測裝置，所述的丙酮檢測裝置包含如前所述如前任何一種形式的交叉四氧化三鈷納米片陣列或氣體傳感器。
[0041]由于本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)大幅度降低了最佳工作溫度，降低了檢測成本，也有利于制備便攜式的丙酮檢測設(shè)備。
[0042]本發(fā)明的有益效果如下:
1)本發(fā)明提供的交叉四氧化三鈷納米片陣列，具有較大的比表面積和電子迀移率，交叉納米片陣列之間的空隙有利于氣體分子的吸附于脫附反應(yīng)，可以提供更多的氣體分子吸附活性位點和較快的電子迀移速度，提高反應(yīng)的靈敏度并減少反應(yīng)時長，明顯提高氣體傳感性能；
2)本發(fā)明反應(yīng)過程在反應(yīng)釜中進(jìn)行，產(chǎn)物結(jié)晶性好，生產(chǎn)周期短，成本低，對環(huán)境無污染；
3)本發(fā)明的制備方法簡單可控，反應(yīng)溫度低，消耗能源少，對設(shè)備要求較低，有利于進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)；
4)本發(fā)明的制備方法不需要生長四氧化三鈷籽晶層，直接在襯底上形核生長，省去了傳統(tǒng)的涂覆步驟，成本低，效率高；
5)本發(fā)明的交叉四氧化三鈷納米片陣列克服了傳統(tǒng)的四氧化三鈷納米片無法直接在只起支撐作用的絕緣襯底上生成陣列的問題，生產(chǎn)成本低，效率高，操作過程簡單可控；
6)本發(fā)明提供的交叉四氧化三鈷納米片陣列制得的氣敏傳感器可可在較低溫度下(60°C?160°C)，測試大濃度范圍(10?100ppm)的丙酮;該傳感器具有良好的選擇性，檢測丙酮的靈敏度是戊烷，氨氣，甲醇，甲醛和乙醇的3.43，2.95，2.7，2.58，1.89倍;并且該傳感器具有良好的穩(wěn)定性，60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±3%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±4%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 5%; 二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±8%;
本發(fā)明所提供的交叉四氧化三鈷納米片陣列可用于制備呼吸診斷糖尿病裝置。
【附圖說明】
[0043]圖1是實施例1制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列X射線衍射(XRD)圖片；
圖2是實施例1制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列高倍掃描電子顯微鏡(SEM)圖片；
圖3是實施例1制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列低倍掃描電子顯微鏡(SEM)圖片；
圖4是實施例1制得的交叉四氧化三鈷納米片的高倍透射電子顯微鏡(HRTEM)圖；
圖5是實施例1制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列電流電壓(1-V)特性曲線；
圖6是實施例1制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列的比表面積-孔徑檢測圖，圖中的曲線a為比表面積圖(對應(yīng)Relative Pressure-Volume Adsorpt1n坐標(biāo))，曲線b為孔徑分布圖(對應(yīng)Pore diameter-dV/dlog(D)坐標(biāo))；
圖7是實施例1制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列在不同溫度下檢測丙酮的靈敏度；
圖8是實施例1制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列對不同濃度丙酮的靈敏度比較表；
圖9是實施例1制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列的氣體性選擇檢測比較表；
圖10是實施例1制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列在2個月測試20測所得的檢測丙酮的靈敏度；
圖11是對比實施例1制得的四氧化三鈷納米針陣列低倍掃描電子顯微鏡(SEM)圖片； 圖12是對比實施例2制得的四氧化三鈷納米片的低倍掃描電子顯微鏡(SEM)圖片。
【具體實施方式】
[0044]以下結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。以下實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0045]實施例1
本發(fā)明的交叉四氧化三鈷納米片陣列的制作方法，包括以下步驟:
1)將摩爾比為10:5:5:1的硝酸鈷、尿素、氟化銨、二水合檸檬酸三鈉和去離子水在常溫下混合攪拌；
2)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為
80%；
3)并將清洗干凈并且鍍有電極的絕緣襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為95°C，反應(yīng)時長為12小時，所述的絕緣襯底可以是絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底；
4)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到四氧化三鈷前驅(qū)體；
5)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為450°C的空氣中進(jìn)行2小時熱處理，升溫速率為10°C/min，即得到交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列直接生長在絕緣襯底上。
[0046]采用步驟I)?5)可以在絕緣襯底上制得交叉四氧化三鈷納米片陣列，得到的樣品可以直接用于進(jìn)行氣體傳感檢測。所得樣品的XRD圖如圖1所示，圖1中顯示，所得峰位對應(yīng)純四氧化三鈷，沒有雜峰，可見制備的為純四氧化三鈷，沒有雜相。所得到的產(chǎn)物的形貌如圖2和圖3所示，可見，制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列的各納米片之間是互相垂直的交叉穿過，所述的垂直是指各納米片之間可以在空間任意位置形成90°的夾角。
[0047]圖4顯示的是制得的交叉四氧化三鈷納米片的高倍透射電子顯微鏡圖，從圖4中可以看出，所得四氧化三鈷為多晶材料。圖5顯示的是直接生長在絕緣襯底上的交叉四氧化三鈷納米片陣列的電流電壓(1-V)特性曲線，如圖5中所示，電流和電壓呈線性關(guān)系，可見交叉四氧化三鈷納米片與電極之間為歐姆接觸，從而確保之后的氣敏反應(yīng)是材料氣體傳感性能的體現(xiàn)，而不是材料與電極之間的接觸導(dǎo)致的變化。圖6為制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列的比表面積-孔徑檢測圖，從曲線a可見，樣品的比表面積為83 m2.g—S從曲線b可見，樣品的孔隙平均尺寸為8.5nm，較大的比表面積、開放式的結(jié)構(gòu)有利于氣體與樣品表面的充分接觸，增大材料的氣體靈敏度，并加快吸附和脫附的速率。圖7為制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列在不同測試溫度(60°C?160°C)下對丙酮的檢測靈敏度，雖然其最佳工作溫度為11TC，但是在60°C?160°C該交叉四氧化三鈷納米片陣列均有很好的氣體檢測性能，可工作溫度區(qū)間廣，最佳工作溫度低，降低工作能耗，有利于長期使用。圖8為交叉四氧化三鈷納米片陣列對不同濃度的丙酮的檢測靈敏度，其檢測濃度范圍廣(10?100ppm)，檢測靈敏度高(對10ppm丙酮的檢測靈敏度為16.5)。圖9為交叉四氧化三鈷納米片陣列對不同氣體的不同檢測靈敏度檢測結(jié)果，交叉四氧化三鈷納米片陣列對丙酮的檢測靈敏度分別是檢測戊烷、氨氣、甲醛、甲醇、乙醇靈敏度的3.34、2.95、2.7、2.58和1.89倍，可見交叉四氧化三鈷納米片陣列檢測丙酮有極好的選擇性。圖10是交叉四氧化三鈷納米片陣列在60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試所得的檢測丙酮的靈敏度(第60天測第20次)，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 3%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±4%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 5%; 二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±8%，可見，制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列具有很好的穩(wěn)定性，有利于實際應(yīng)用。
[0048]對比實施例1
四氧化三鈷納米針陣列的制作方法，包括以下步驟:
1)將摩爾比為10:5:5:1的硝酸鈷、尿素、氟化銨、二水合檸檬酸三鈉和去離子水在常溫下混合攪拌；
2)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為
80%；
3)并將清洗干凈的鍍有電極的絕緣襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為95°C，反應(yīng)時長為6小時，所述的襯底可以是絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底；
4)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到四氧化三鈷前驅(qū)體；
5)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為450°C的空氣中進(jìn)行2小時熱處理，即得到四氧化三鈷納米針陣列。
[0049]對比實施例1所得樣品的SEM圖片如圖11所示，所得樣品為納米針陣列形貌。檢測對比實施例1制得的四氧化三鈷納米針陣列的丙酮檢測靈敏度，其最佳工作溫度為130°C，在130 °C檢測10ppm丙酮的靈敏度較低(S_p8.1)，將制得的四氧化三鈷納米針陣列進(jìn)行穩(wěn)定性測試，在60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試檢測丙酮的靈敏度，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 5%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 8%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 15%;二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為土 20%，說明四氧化三鈷納米針陣列的穩(wěn)定性差。對比實施例1與實施例1的不同之處就是在步驟3)的水熱反應(yīng)的時間短(僅為6小時)，僅長成四氧化三鈷納米針陣列，還未生成交叉四氧化三鈷納米片陣列，氣敏性能差，最佳工作溫度高(為130°C)，靈敏度低，并且穩(wěn)定性差，說明交叉納米片陣列的形貌對于氣敏性能具有決定性作用。
[0050]對比實施例2(參見RSC Advances, 2015，5，59976)
四氧化三鈷納米片的制作方法，包括以下步驟:
1)將0.02mmol聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇共聚物(ethyleneglycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol))溶于 16.5mL乙醇和ImL去離子水中攪拌得均勻溶液；
2)將0.5mmoI的環(huán)六亞甲基四胺、0.5mml的醋酸鈷和13mL乙二醇溶于步驟I)所得的溶液中攪拌均勻；
3)將步驟2)所得均勻溶液靜置12h;
4)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，控制水熱反應(yīng)溫度為170°C，反應(yīng)時長為2小時；
5)反應(yīng)完成后，將所得渾濁液離心得到樣品，將所得樣品用乙醇和去離子水清洗； 6)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為450°C的空氣中進(jìn)行2小時熱處理，所得即為四氧化二鈷納米片；
7)將步驟6)所得粉末與乙醇按照一定比例混合均勻后涂覆在已經(jīng)清洗干凈的絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底上。
[0051]對比實施例2制得的四氧化三鈷納米片的SEM圖片如圖12所示，是堆積的四氧化三鈷納米片，檢測對比實施例2所得的四氧化三鈷納米片的丙酮檢測靈敏度，其最佳工作溫度為150°C，在150°C檢測10ppm丙酮的靈敏度較差(S^rl 1.4)。本對比實施例與實施例1的不同之處是，實驗所用藥品完全不同制備方法不用，雖然所制得的均為四氧化三鈷納米片，但實施例1和對比實施例2制得的四氧化三鈷納米片形貌不同。實施例1所得交叉四氧化三鈷納米片陣列直接在襯底上形核生長，而對比實施例2中得到的四氧化三鈷納米片無法直接生長在襯底上，需要涂覆在襯底上才能用于進(jìn)行氣體傳感檢測。并且，如圖12和圖2、圖3對比所示，與實施例1所得交叉四氧化三鈷納米片陣列相比，對比實施例2的納米片在襯底上相互堆積疊加，使得其與氣體接觸的有效面積小，且導(dǎo)電性差，所以其氣敏檢測性能差。對比結(jié)果說明，所得納米片直接生長在襯底上并且呈陣列的形貌，對于氣體傳感器的氣敏性能具有決定性作用。
[0052]對比實施例3(參見中國專利CN 103217460A)
菱形四氧化三鈷納米線陣列的制作方法，包括以下步驟:
1)把摩爾比為1:1:5的硝酸鈷、氟化銨、六亞甲基四胺和去離子水混合攪拌得均勻溶液；
2)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為
50%；
3)并將清洗干凈的絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為95°C，反應(yīng)時長為24小時；
4)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到四氧化三鈷前驅(qū)體；
5)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為450°C的氬氣中進(jìn)行4小時熱處理，即得到菱形四氧化三鈷納米線陣列。
[0053]對比實施例3所得樣品為菱形四氧化三鈷納米線陣列，檢測對比實施例3所得的菱形四氧化三鈷陣列的丙酮檢測靈敏度，其最佳工作溫度為160°C，在160°C對500ppm丙酮的檢測靈敏度僅為20.1。對比實施例3與實施例1的不同之處就是，所得納米陣列的形貌不同，導(dǎo)致該對比實施例選擇性檢測丙酮的最佳工作溫度更高，檢測靈敏度更低。對比結(jié)果說明，交叉四氧化三鈷納米片陣列的形貌對于氣體傳感器的氣敏性能具有決定性作用。
[0054]對比實施例4(參見Sensorsand Actuators B,2015,208 112-121)
菱形二氧化鋅納米陣列的制作方法，包括以下步驟:
1)把摩爾比為1:2:4的硝酸鋅、六亞甲基四胺、氟化銨和40mL去離子水混合攪拌得均勻溶液；
2)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為
80%；
3)并將清洗干凈的鍍有電極的絕緣襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為95°C，反應(yīng)時長為24小時，所述絕緣襯底可以是絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底；
4)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到二氧化鋅前驅(qū)體；
6)將所得二氧化鋅前驅(qū)體在溫度為450°C的氬氣中進(jìn)行4小時熱處理，即得到菱形二氧化鋅納米陣列。
[0055]對比實施例4所得樣品為菱形二氧化鋅納米陣列，檢測對比實施例4所得的菱形二氧化鋅納米陣列的丙酮檢測靈敏度，發(fā)現(xiàn)對丙酮無響應(yīng)，對乙醇的選擇性檢測靈敏度最高，其最佳工作溫度為300°C，所得到的菱形二氧化鋅納米陣列在300°C對10ppm乙醇的檢測靈敏度僅為11.8。對比實施例4與實施例1的不同之處就是，材料種類不同，實施例1為四氧化三鈷而對比實施例4為二氧化鋅，并且所得樣品形貌不同，實施例1為交叉四氧化三鈷納米片陣列，對比實施例4為菱形二氧化鋅陣列。該對比實施例中所檢測的氣體為乙醇且對丙酮無響應(yīng)，而且所需的檢測溫度很高。對比結(jié)果說明，功能性材料的種類和形貌對于氣體傳感器的氣敏性能均具有決定性作用。
[0056]實施例2
本發(fā)明的交叉四氧化三鈷納米片陣列的制作方法，包括以下步驟:
1)將摩爾比為6:3:3:1的醋酸鈷、尿素、氟化銨、二水合檸檬酸三鈉和去離子水在常溫下混合攪拌；
2)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為
70%；
3)并將清洗干凈并且鍍有電極的絕緣襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為90°C，反應(yīng)時長為14小時，所述的絕緣襯底可以是絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底；
4)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到四氧化三鈷前驅(qū)體；
5)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為350°C的空氣中進(jìn)行4小時熱處理，升溫速率為5°C/min，即得到交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列直接生長在絕緣襯底上。
[0057]實施例2所得樣品為交叉四氧化三鈷納米片陣列。檢測實施例2所得的交叉四氧化三鈷納米片陣列的丙酮檢測靈敏度，其最佳工作溫度為lll°c，對10ppm丙酮的檢測靈敏度為16.3。叉四氧化三鈷納米片陣列在60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試所得的檢測丙酮的靈敏度(第60天測第20次)，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±3%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±4%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±4%;二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±8%，可見，制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列具有很好的穩(wěn)定性，有利于實際應(yīng)用。
[0058]實施例3
本發(fā)明的交叉四氧化三鈷納米片陣列的制作方法，包括以下步驟:
1)將摩爾比為5:3:2:1的氯化鈷、尿素、氟化銨、二水合檸檬酸三鈉和去離子水在常溫下混合攪拌；
2)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為
60%； 3)并將清洗干凈并且鍍有電極的絕緣襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為110°C，反應(yīng)時長為13小時，所述的絕緣襯底可以是絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底；
4)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到四氧化三鈷前驅(qū)體；
5)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為550°C的空氣中進(jìn)行3小時熱處理，升溫速率為15°C/min，即得到交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列直接生長在絕緣襯底上。
[0059]實施例3所得樣品為交叉四氧化三鈷納米片陣列。檢測實施例3所得的交叉四氧化三鈷納米片陣列的丙酮檢測靈敏度，其最佳工作溫度為110°C，對10ppm丙酮的檢測靈敏度為16.7。叉四氧化三鈷納米片陣列在60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試所得的檢測丙酮的靈敏度(第60天測第20次)，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±2%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±4%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±5%;二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±7%，可見，制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列具有很好的穩(wěn)定性，有利于實際應(yīng)用。
[0060]實施例4
本發(fā)明的交叉四氧化三鈷納米片陣列的制作方法，包括以下步驟:
6)將摩爾比為8:5:5:1的醋酸鈷、尿素、氟化銨、二水合檸檬酸三鈉和去離子水在常溫下混合攪拌；
7)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為
70%；
8)并將清洗干凈并且鍍有電極的絕緣襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為115°C，反應(yīng)時長為15小時，所述的絕緣襯底可以是絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底；
9)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到四氧化三鈷前驅(qū)體；
10)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為450°C的空氣中進(jìn)行4小時熱處理，升溫速率為20°C/min，即得到交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列直接生長在絕緣襯底上。
[0061]實施例4所得樣品為交叉四氧化三鈷納米片陣列。檢測實施例4所得的交叉四氧化三鈷納米片陣列的丙酮檢測靈敏度，其最佳工作溫度為112°C，對10ppm丙酮的檢測靈敏度為16.6。叉四氧化三鈷納米片陣列在60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試所得的檢測丙酮的靈敏度(第60天測第20次)，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±3%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±3%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±5%;二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±8%，可見，制得的交叉四氧化三鈷納米片陣列具有很好的穩(wěn)定性，有利于實際應(yīng)用。
[0062]實施例5
本發(fā)明的金修飾交叉四氧化三鈷納米片陣列的制作方法，包括以下步驟:
1)將摩爾比為10:5:5:1的醋酸鈷、尿素、氟化銨、二水合檸檬酸三鈉和去離子水在常溫下混合攪拌；
2)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為60%；
3)并將清洗干凈的絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為90°C，反應(yīng)時長為14小時，所述的絕緣襯底可以是絕緣陶瓷、硅片或玻璃襯底；
4)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到四氧化三鈷前驅(qū)體；
5)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為550°C的空氣中進(jìn)行4小時熱處理，升溫速度為5°C/min，即得到交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列直接生長在絕緣襯底上；
6)將所得生長了交叉四氧化三鈷納米片陣列的襯底至于電子束蒸發(fā)臺上，在交叉四氧化三鈷納米片陣列的表面蒸鍍上0.05wt%的金，即得到金修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。
[0063]實施例5所得樣品為金修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。檢測實施例5所得的金修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列的丙酮檢測靈敏度，其最佳工作溫度為105°C JilOOppm丙酮的檢測靈敏度為18.7。金交叉四氧化三鈷納米片陣列在60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試所得的檢測丙酮的靈敏度(第60天測第20次)，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 2%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±4%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 5%; 二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 7%，可見，制得的金交叉四氧化三鈷納米片陣列具有很好的穩(wěn)定性，有利于實際應(yīng)用。
[0064]實施例6
本發(fā)明的金修飾交叉四氧化三鈷納米片陣列的制作方法，包括以下步驟:
7)將摩爾比為10:8:7:1的硝酸鈷、尿素、氟化銨、二水合檸檬酸三鈉和去離子水在常溫下混合攪拌；
8)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為
70%；
9)并將清洗干凈的絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為90°C，反應(yīng)時長為18小時，所述的絕緣襯底可以是絕緣陶瓷、硅片或玻璃襯底；
10)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到四氧化三鈷前驅(qū)體；
11)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為550°C的空氣中進(jìn)行4小時熱處理，升溫速度為8°C/min，即得到交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列直接生長在絕緣襯底上；
12)將所得生長了交叉四氧化三鈷納米片陣列的襯底至于電子束蒸發(fā)臺上，在交叉四氧化三鈷納米片陣列的表面蒸鍍上0.01wt%的金，即得到金修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。
[0065]實施例6所得樣品為金修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。檢測實施例6所得的金修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列的丙酮檢測靈敏度，其最佳工作溫度為108°C JilOOppm丙酮的檢測靈敏度為18.9。金交叉四氧化三鈷納米片陣列在60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試所得的檢測丙酮的靈敏度(第60天測第20次)，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 2%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 3%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 5%; 二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 7%，可見，制得的金交叉四氧化三鈷納米片陣列具有很好的穩(wěn)定性，有利于實際應(yīng)用。
[0066]實施例7
本發(fā)明的銀修飾交叉四氧化三鈷納米片陣列的制作方法，包括以下步驟:
1)將摩爾比為6:4:2:1的氯化鈷、尿素、氟化銨、二水合檸檬酸三鈉和去離子水在常溫下混合攪拌；
2)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為
70%；
3)并將清洗干凈的絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為100°C，反應(yīng)時長為13小時，所述的絕緣襯底可是絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底；
4)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到四氧化三鈷前驅(qū)體；
5)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為550°C的空氣中進(jìn)行3小時熱處理，升溫速度為20°C/min，即得到交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列直接生長在絕緣襯底上；
6)將所得長有交叉四氧化三鈷納米片陣列的襯底至于電子束蒸發(fā)臺上，在交叉四氧化三鈷納米片陣列的表面蒸鍍上0.lwt%的銀，即得到銀修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。
[0067]實施例7所得樣品為銀修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。檢測實施例7所得的銀修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列的丙酮檢測靈敏度，其最佳工作溫度為100°c JilOOppm丙酮的檢測靈敏度為29.5。銀修飾交叉四氧化三鈷納米片陣列在60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試所得的檢測丙酮的靈敏度(第60天測第20次)，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±2%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±3%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 5%; 二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±8%，可見，制得的銀修飾交叉四氧化三鈷納米片陣列具有很好的穩(wěn)定性，有利于實際應(yīng)用。
[0068]實施例8
本發(fā)明的銀修飾交叉四氧化三鈷納米片陣列的制作方法，包括以下步驟:
7)將摩爾比為8:6:3:1的醋酸鈷、尿素、氟化銨、二水合檸檬酸三鈉和去離子水在常溫下混合攪拌；
8)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為
80%；
9)并將清洗干凈的絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為120°C，反應(yīng)時長為12小時，所述的絕緣襯底可是絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底；
10)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到四氧化三鈷前驅(qū)體；
11)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為450°C的空氣中進(jìn)行4小時熱處理，升溫速度為10°C/min，即得到交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列直接生長在絕緣襯底上；
12)將所得長有交叉四氧化三鈷納米片陣列的襯底至于電子束蒸發(fā)臺上，在交叉四氧化三鈷納米片陣列的表面蒸鍍上0.5wt%的銀，即得到銀修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。
[0069]實施例8所得樣品為銀修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。檢測實施例8所得的銀修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列的丙酮檢測靈敏度，其最佳工作溫度為92°C JilOOppm丙酮的檢測靈敏度為30.1。銀修飾交叉四氧化三鈷納米片陣列在60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試所得的檢測丙酮的靈敏度(第60天測第20次)，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±2%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±2%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±4%; 二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 7%，可見，制得的銀修飾交叉四氧化三鈷納米片陣列具有很好的穩(wěn)定性，有利于實際應(yīng)用。
[0070]實施例9
本發(fā)明的鈀修飾交叉四氧化三鈷納米片陣列的制作方法，包括以下步驟:
1)將摩爾比為5:3:3:1的硝酸鈷、尿素、氟化銨、二水合檸檬酸三鈉和去離子水在常溫下混合攪拌；
2)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為
70%；
3)并將清洗干凈的絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為115°C，反應(yīng)時長為24小時；
4)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到四氧化三鈷前驅(qū)體；
5)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為350°C的空氣中進(jìn)行4小時熱處理，升溫速度為10°C/min即得到交叉四氧化三鈷納米片陣列；
6)將所得長有交叉四氧化三鈷納米片陣列的襯底至于電子束蒸發(fā)臺上，在交叉四氧化三鈷納米片陣列的表面蒸鍍上0.4wt%的鈀，即得到鈀修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。
[0071]實施例9所得樣品為鈀修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。檢測實施例9所得的鈀修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列的丙酮檢測靈敏度，其最佳工作溫度為90°C JilOOppm丙酮的檢測靈敏度為29.8。鈀修飾叉四氧化三鈷納米片陣列在60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試所得的檢測丙酮的靈敏度(第60天測第20次)，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±3%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±3%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±4%; 二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 7%，可見，制得的鈀修飾交叉四氧化三鈷納米片陣列具有很好的穩(wěn)定性，有利于實際應(yīng)用。
[0072]實施例10
本發(fā)明的鉑修飾交叉四氧化三鈷納米片陣列的制作方法，包括以下步驟:
7)將摩爾比為8:5:6:1的氯化鈷、尿素、氟化銨、二水合檸檬酸三鈉和去離子水在常溫下混合攪拌；
8)將得到的均勻溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜填裝度為
60%；
9)并將清洗干凈的絕緣陶瓷片、硅片或玻璃襯底置于溶液中，控制水熱反應(yīng)溫度為120°C，反應(yīng)時長為20小時；
10)反應(yīng)完成后，取出襯底并用去離子水和乙醇分別進(jìn)行沖洗和烘干得到四氧化三鈷前驅(qū)體； 11)將所得四氧化三鈷前驅(qū)體在溫度為550°c的空氣中進(jìn)行2小時熱處理，升溫速度為20°C/min即得到交叉四氧化三鈷納米片陣列；
12)將所得長有交叉四氧化三鈷納米片陣列的襯底至于電子束蒸發(fā)臺上，在交叉四氧化三鈷納米片陣列的表面蒸鍍上0.5wt%的鉑，即得到鉑修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。
[0073]實施例10所得樣品為鈀修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。檢測實施例10所得的鈀修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列的丙酮檢測靈敏度，其最佳工作溫度為95°C，對10ppm丙酮的檢測靈敏度為28.9。鈀修飾叉四氧化三鈷納米片陣列在60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試所得的檢測丙酮的靈敏度(第60天測第20次)，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為±2%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±3%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 3%; 二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±7%，可見，制得的鉑修飾交叉四氧化三鈷納米片陣列具有很好的穩(wěn)定性，有利于實際應(yīng)用。
【主權(quán)項】
1.一種交叉四氧化三鈷納米片陣列，其特征在于，所述陣列中各納米片之間相互交叉穿過，所述的納米片為介孔結(jié)構(gòu)，所述的納米片陣列在90°C?lire左右選擇性檢測丙酮的靈敏度最高。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列，其特征在于，所述的納米片陣列為金屬修飾的交叉四氧化三鈷納米片陣列。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列，其特征在于，所述的金屬選自第IB族、第VIII族任意一種或任意多種，優(yōu)選的，所述的金屬選自金、銀、鈀和鉑中的任意一種或任意多種。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列，其特征在于，所述金屬所占的比例為0.01wt%?0.5wt%，優(yōu)選的所述金屬所占的比例為0.05wt%?0.5wt%，更優(yōu)選的所述金屬所占的比例為0.lwt%?0.4wt%。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列，其特征在于，所述的納米片陣列用于在200°C以下選擇性檢測丙酮;優(yōu)選的，所述的納米片陣列用于在160°C以下選擇性檢測丙酮;優(yōu)選的，所述的納米片陣列用于在60°C?160°C選擇性檢測丙酮;更優(yōu)選的，所述的納米片陣列用于在90°C?130°C選擇性檢測丙酮，更優(yōu)選的，所述的納米片陣列用于在90 °C?111°C選擇性檢測丙酮。6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列，其特征在于，所述的納米片陣列具有很好的穩(wěn)定性，60天內(nèi)每3天測一次共進(jìn)行20次測試，前五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 3%;前十次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 4%;前十五次測試中，性能與初始值相比的變化率為± 5%; 二十次測試中，性能與初始值相比的變化率為±8%。7.權(quán)利要求1所述交叉四氧化三鈷納米片陣列的制備方法，包括如下步驟: (1)將二水合檸檬酸三鈉，氟化銨，尿素，鈷鹽和水?dāng)嚢璧玫骄鶆虻娜芤海缓髮⒏蓛舻囊r底置于所述的溶液中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到四氧化三鈷前驅(qū)體； (2)將所述的四氧化三鈷前驅(qū)體進(jìn)行熱處理，即得到交叉四氧化三鈷納米片陣列。8.—種氣體傳感器，其特征在于:所述的氣體傳感器包含襯底和權(quán)利要求1-7任一項所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列，所述襯底僅用于支撐所述納米片陣列，所述襯底的材料為絕緣材料，所述納米片陣列直接生長于所述襯底上。9.權(quán)利要求1-7任一項所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列或權(quán)利要求8所述的氣體傳感器在傳感器、丙酮檢測、醫(yī)療檢測方面的用途。10.—種丙酮檢測裝置，其特征在于:所述的丙酮檢測裝置包含權(quán)利要求1-7任一項所述的交叉四氧化三鈷納米片陣列或權(quán)利要求8所述的氣體傳感器。
【文檔編號】G01N27/26GK106066351SQ201610362040
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月26日 公開號201610362040.X, CN 106066351 A, CN 106066351A, CN 201610362040, CN-A-106066351, CN106066351 A, CN106066351A, CN201610362040, CN201610362040.X
【發(fā)明人】朱麗萍, 張子悅, 文震
【申請人】浙江大學(xué)