一种多孔气敏性纳米材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种多孔气敏性纳米材料及其制备方法。制备方法如下：（1）将抗坏血酸、双乙酸钠、脱氢乙酸钠、葡萄糖和蒸馏水混合搅拌溶解；（2）加热反应；（3）冷却，离心后用蒸馏水和无水乙醇洗涤；（4）烘干；（5）将干燥物与N,N?二甲基甲酰胺混合分散；（6）将九水硝酸铁和N,N?二甲基甲酰胺混合搅拌，滴加到上述分散液中；（7）超声后加入十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱、纳米氧化锌、壳聚糖、水性丙烯酸树脂和乙酸，继续超声，静置陈化；（8）离心分离，用水和乙醇洗涤；（9）烘干；（10）放入马弗炉中煅烧即得。本发明的多孔气敏性纳米材料对丙酮气体的敏感度随着其浓度的增加而增加，气敏性强，同时可重复利用性好。
【专利说明】
_种多孔气)敏性纳米材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及气敏性材料领域，具体涉及一种多孔气敏性纳米材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的迅猛发展，信息技术的发展也得到了飞快的提高，传感器技术就是其 中一项。在传感器技术中，主要有半导体材料和陶瓷材料，特别是陶瓷材料，作为一种新型 材料，近年来得到了飞速的发展，在敏感材料中占据了非常大的比例。敏感陶瓷材料具有可 通过控制制备工艺来改变材料特性、能与其他材料复合改进性能、耐腐蚀、耐磨损、耐高温、 性能稳定和成本低廉等优点。而纳米材料则具有传统材料所不具备的新颖独特的物化性 能，如小尺寸效应、表面效应、宏观量子效应和量子尺寸效应等。而多孔气敏纳米材料则结 合了功能陶瓷材料和纳米材料的优点，具有广阔的发展意义和市场前景。
[0003]
【发明内容】
[0004] 要解决的技术问题:本发明的目的是提供一种多孔气敏性纳米材料，对丙酮气体 的敏感度随着其浓度的增加而增加，气敏性强，同时可重复利用性好。
[0005] 技术方案：一种多孔气敏性纳米材料，由以下成分以重量份制备而成：抗坏血酸 0.1-0.3份、九水硝酸铁10-20份、双乙酸钠0.1-0.3份、脱氢乙酸钠0.1-0.2份、十二烷基羟 丙基磷酸酯甜菜碱0.05-0.1份、N，N-二甲基甲酰胺80-100份、纳米氧化锌0.2-0.5份、葡萄 糖5-10份、壳聚糖0.1-0.3份、水性丙烯酸树脂0.05-0.1份、乙酸0.2-0.4份、无水乙醇80-100份、蒸馏水80-100份。
[0006] 进一步优选的，所述的一种多孔气敏性纳米材料，由以下成分以重量份制备而成： 抗坏血酸0.15-0.25份、九水硝酸铁12-18份、双乙酸钠0.15-0.25份、脱氢乙酸钠0.11-0.17 份、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱0.06-0.09份、N，N-二甲基甲酰胺65-75份、纳米氧化锌 0.3-0.4份、葡萄糖6-9份、壳聚糖0.15-0.25份、水性丙烯酸树脂0.06-0.09份、乙酸0.25-0.35份、无水乙醇85-95份、蒸馏水85-95份。
[0007] 上述多孔气敏性纳米材料的制备方法包括以下步骤： (1) 将抗坏血酸、双乙酸钠、脱氢乙酸钠、葡萄糖和蒸馏水混合搅拌20分钟溶解； (2) 放入反应釜中，在温度150-170°C下反应5-6小时； (3) 冷却至室温，用离心机在转速5000-8000rpm下离心分离后用蒸馏水洗涤2-4次后 用无水乙醇洗至上层液澄清； (4) 放入烘箱中，在温度75-90 °C下烘11 -13小时； (5) 将干燥物与60-80份N，N-二甲基甲酰胺混合，超声分散2小时； (6) 将九水硝酸铁和剩余N，N-二甲基甲酰胺混合搅拌，慢慢滴加到上述分散液中； (7) 用超声仪超声1-2小时后加入剩余组分，继续超声1-2小时，静置陈化23-25小时； (8) 用离心机在转速5000-8000rpm下离心分离，用水洗涤后用乙醇洗涤； (9 )放入烘箱中，在温度75-90 °C下烘11 -13小时； (10)放入马弗炉中，在温度400-500°C下煅烧2-3小时，冷却至室温即得。
[0008] 进一步优选的，步骤(2)中温度为155-165°(：，反应时间为5.5小时。
[0009] 进一步优选的，步骤(3)中转速为6000-7000rpm，洗涤次数为3次。
[0010] 进一步优选的，步骤⑷中温度为80-85°C，时间为12小时。
[0011]进一步优选的，步骤（7)中第一次超声时间为1.5小时，第二次超声时间为1.5小 时，陈化时间为24小时。
[0012] 进一步优选的，步骤(8)中转速为6000-7000rpm。
[0013] 进一步优选的，步骤(9)中温度为80-85°C，时间为12小时。
[0014]进一步优选的，步骤(10)中温度为450°C，锻烧时间为2.5小时。
[0015] 有益效果:本发明的多孔气敏性纳米材料的平均孔径在7nm左右，对丙酮气体的敏 感性如下，我们可以看到本发明对丙酮气体的敏感度随着其浓度的增加而增加，在IOOppm 浓度下对其气体敏感度最高可达6.6，当浓度达到2000ppm时，其敏感度最高可升至15.8，气 敏性强，同时可重复利用性好。
[0016]
【具体实施方式】 [0017] 实施例！ 一种多孔气敏性纳米材料，由以下成分以重量份制备而成:抗坏血酸0.1份、九水硝酸 铁10份、双乙酸钠0.1份、脱氢乙酸钠0.1份、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱0.05份、N，N-二 甲基甲酰胺80份、纳米氧化锌0.2份、葡萄糖5份、壳聚糖0.1份、水性丙烯酸树脂0.05份、乙 酸〇. 2份、无水乙醇80份、蒸馏水80份。
[0018] 上述多孔气敏性纳米材料的制备方法为：（1)将抗坏血酸、双乙酸钠、脱氢乙酸钠、 葡萄糖和蒸馏水混合搅拌20分钟溶解；（2)放入反应釜中，在温度150°C下反应5小时；（3)冷 却至室温，用离心机在转速5000rpm下离心分离后用蒸馏水洗涤2次后用无水乙醇洗至上层 液澄清；（4)放入烘箱中，在温度75°C下烘11小时；（5)将干燥物与60份N，N-二甲基甲酰胺混 合，超声分散2小时；（6)将九水硝酸铁和剩余N，N-二甲基甲酰胺混合搅拌，慢慢滴加到上述 分散液中；（7)用超声仪超声1-2小时后加入剩余组分，继续超声1小时，静置陈化23小时； (8)用离心机在转速5000rpm下离心分离，用水洗涤后用乙醇洗涤；（9)放入烘箱中，在温度 75 °C下烘11小时；（10)放入马弗炉中，在温度400 °C下煅烧2小时，冷却至室温即得。
[0019] 实施例2 一种多孔气敏性纳米材料，由以下成分以重量份制备而成:抗坏血酸0.15份、九水硝酸 铁12份、双乙酸钠0.15份、脱氢乙酸钠0.11份、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱0.06份、N，N-二甲基甲酰胺65份、纳米氧化锌0.3份、葡萄糖6份、壳聚糖0.15份、水性丙烯酸树脂0.06份、 乙酸0.25份、无水乙醇85份、蒸馏水85份。
[0020] 上述多孔气敏性纳米材料的制备方法为：（1)将抗坏血酸、双乙酸钠、脱氢乙酸钠、 葡萄糖和蒸馏水混合搅拌20分钟溶解；（2)放入反应釜中，在温度155°C下反应5.5小时；（3) 冷却至室温，用离心机在转速6000rpm下离心分离后用蒸馏水洗涤3次后用无水乙醇洗至上 层液澄清；（4)放入烘箱中，在温度80°C下烘12小时；（5)将干燥物与65份N，N-二甲基甲酰胺 混合，超声分散2小时；（6)将九水硝酸铁和剩余N，N-二甲基甲酰胺混合搅拌，慢慢滴加到上 述分散液中；（7)用超声仪超声1.5小时后加入剩余组分，继续超声1.5小时，静置陈化24小 时；（8)用离心机在转速6000rpm下离心分离，用水洗涤后用乙醇洗涤；（9)放入烘箱中，在温 度80 °C下烘12小时；（IO)放入马弗炉中，在温度450 °C下煅烧2.5小时，冷却至室温即得。
[0021] 实施例3 一种多孔气敏性纳米材料，由以下成分以重量份制备而成:抗坏血酸0.2份、九水硝酸 铁15份、双乙酸钠0.2份、脱氢乙酸钠0.15份、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱0.75份、N，N-二 甲基甲酰胺90份、纳米氧化锌0.35份、葡萄糖7.5份、壳聚糖0.2份、水性丙烯酸树脂0.07份、 乙酸〇. 3份、无水乙醇90份、蒸馏水90份。
[0022]上述多孔气敏性纳米材料的制备方法为：（1)将抗坏血酸、双乙酸钠、脱氢乙酸钠、 葡萄糖和蒸馏水混合搅拌20分钟溶解；（2)放入反应釜中，在温度160°C下反应5.5小时；（3) 冷却至室温，用离心机在转速6500rpm下离心分离后用蒸馏水洗涤3次后用无水乙醇洗至上 层液澄清；（4)放入烘箱中，在温度87 °C下烘12小时；（5)将干燥物与70份N，N-二甲基甲酰胺 混合，超声分散2小时；（6)将九水硝酸铁和剩余N，N-二甲基甲酰胺混合搅拌，慢慢滴加到上 述分散液中；（7)用超声仪超声1.5小时后加入剩余组分，继续超声1.5小时，静置陈化24小 时；（8)用离心机在转速6500rpm下离心分离，用水洗涤后用乙醇洗涤；（9)放入烘箱中，在温 度87°C下烘12小时；（10)放入马弗炉中，在温度450°C下煅烧2.5小时，冷却至室温即得。 [0023] 实施例4 一种多孔气敏性纳米材料，由以下成分以重量份制备而成:抗坏血酸0.25份、九水硝酸 铁18份、双乙酸钠0.25份、脱氢乙酸钠0.17份、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱0.09份、N，N-二甲基甲酰胺75份、纳米氧化锌0.4份、葡萄糖9份、壳聚糖0.25份、水性丙烯酸树脂0.09份、 乙酸〇. 35份、无水乙醇95份、蒸馏水95份。
[0024]上述多孔气敏性纳米材料的制备方法为：（1)将抗坏血酸、双乙酸钠、脱氢乙酸钠、 葡萄糖和蒸馏水混合搅拌20分钟溶解；（2)放入反应釜中，在温度165°C下反应5.5小时；（3) 冷却至室温，用离心机在转速7000rpm下离心分离后用蒸馏水洗涤3次后用无水乙醇洗至上 层液澄清；（4)放入烘箱中，在温度85 °C下烘12小时；（5)将干燥物与75份N，N-二甲基甲酰胺 混合，超声分散2小时；（6)将九水硝酸铁和剩余N，N-二甲基甲酰胺混合搅拌，慢慢滴加到上 述分散液中；（7)用超声仪超声1.5小时后加入剩余组分，继续超声1.5小时，静置陈化24小 时；（8)用离心机在转速7000rpm下离心分离，用水洗涤后用乙醇洗涤；（9)放入烘箱中，在温 度85°C下烘12小时；（10)放入马弗炉中，在温度450°C下煅烧2.5小时，冷却至室温即得。 [0025] 实施例5 一种多孔气敏性纳米材料，由以下成分以重量份制备而成:抗坏血酸0.3份、九水硝酸 铁20份、双乙酸钠0.3份、脱氢乙酸钠0.2份、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱0.1份、N，N-二甲 基甲酰胺100份、纳米氧化锌0.5份、葡萄糖10份、壳聚糖0.3份、水性丙烯酸树脂0.1份、乙酸 0.4份、无水乙醇100份、蒸馏水100份。
[0026]上述多孔气敏性纳米材料的制备方法为：（1)将抗坏血酸、双乙酸钠、脱氢乙酸钠、 葡萄糖和蒸馏水混合搅拌20分钟溶解；（2)放入反应釜中，在温度170°C下反应6小时；（3)冷 却至室温，用离心机在转速8000rpm下离心分离后用蒸馏水洗涤4次后用无水乙醇洗至上层 液澄清；（4)放入烘箱中，在温度90°C下烘13小时；（5)将干燥物与80份N，N-二甲基甲酰胺混 合，超声分散2小时；（6)将九水硝酸铁和剩余N，N-二甲基甲酰胺混合搅拌，慢慢滴加到上述 分散液中；（7)用超声仪超声2小时后加入剩余组分，继续超声2小时，静置陈化25小时；（8) 用离心机在转速8000rpm下离心分离，用水洗涤后用乙醇洗涤；（9)放入烘箱中，在温度90°C 下烘13小时；（10)放入马弗炉中，在温度500°C下煅烧3小时，冷却至室温即得。
[0027] 对比例1 本实施例与实施例5的区别在于不含有双乙酸钠和脱氢乙酸钠。具体地说是： 一种多孔气敏性纳米材料，由以下成分以重量份制备而成:抗坏血酸0.3份、九水硝酸 铁20份、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱0.1份、N，N-二甲基甲酰胺100份、纳米氧化锌0.5份、 葡萄糖10份、壳聚糖0.3份、水性丙烯酸树脂0.1份、乙酸0.4份、无水乙醇100份、蒸馏水100 份。
[0028]上述多孔气敏性纳米材料的制备方法为：（1)将抗坏血酸、葡萄糖和蒸馏水混合搅 拌20分钟溶解；（2)放入反应釜中，在温度170°C下反应6小时；（3)冷却至室温，用离心机在 转速SOOOrpm下离心分离后用蒸馏水洗涤4次后用无水乙醇洗至上层液澄清；（4)放入烘箱 中，在温度90°C下烘13小时；（5)将干燥物与80份N，N-二甲基甲酰胺混合，超声分散2小时； (6)将九水硝酸铁和剩余N，N-二甲基甲酰胺混合搅拌，慢慢滴加到上述分散液中；（7)用超 声仪超声2小时后加入剩余组分，继续超声2小时，静置陈化25小时；（8)用离心机在转速 8000rpm下离心分离，用水洗涤后用乙醇洗涤；（9)放入烘箱中，在温度90 °C下烘13小时； (10)放入马弗炉中，在温度500°C下煅烧3小时，冷却至室温即得。
[0029] 对比例2 本实施例与实施例5的区别在于不含有纳米氧化锌和壳聚糖。具体地说是： 一种多孔气敏性纳米材料，由以下成分以重量份制备而成:抗坏血酸0.3份、九水硝酸 铁20份、双乙酸钠0.3份、脱氢乙酸钠0.2份、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱0.1份、N，N-二甲 基甲酰胺100份、葡萄糖10份、水性丙烯酸树脂0.1份、乙酸0.4份、无水乙醇100份、蒸馏水 100 份。
[0030] 上述多孔气敏性纳米材料的制备方法为：（1)将抗坏血酸、双乙酸钠、脱氢乙酸钠、 葡萄糖和蒸馏水混合搅拌20分钟溶解；（2)放入反应釜中，在温度170°C下反应6小时；（3)冷 却至室温，用离心机在转速8000rpm下离心分离后用蒸馏水洗涤4次后用无水乙醇洗至上层 液澄清；（4)放入烘箱中，在温度90°C下烘13小时；（5)将干燥物与80份N，N-二甲基甲酰胺混 合，超声分散2小时；（6)将九水硝酸铁和剩余N，N-二甲基甲酰胺混合搅拌，慢慢滴加到上述 分散液中；（7)用超声仪超声2小时后加入剩余组分，继续超声2小时，静置陈化25小时；（8) 用离心机在转速8000rpm下离心分离，用水洗涤后用乙醇洗涤；（9)放入烘箱中，在温度90°C 下烘13小时；（10)放入马弗炉中，在温度500°C下煅烧3小时，冷却至室温即得。
[0031] 本发明材料的平均孔径在7nm左右，对丙酮气体的敏感性如下，我们可以看到本发 明对丙酮气体的敏感度随着其浓度的增加而增加，在IOOppm浓度下对其气体敏感度最高可 达6.6，当浓度达到2000ppm时，其敏感度最高可升至15.8，气敏性强，同时可重复利用性好。 [0032]表1多孔气敏性纳米材料的孔径及对丙酮气体的敏感性
注:气敏性的测定传感器工作温度为350°C。
【主权项】
1. 一种多孔气敏性纳米材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：抗坏血酸 0.1-0.3份、九水硝酸铁10-20份、双乙酸钠0.1-0.3份、脱氢乙酸钠0.1-0.2份、十二烷基羟 丙基磷酸酯甜菜碱0.05-0.1份、N，N-二甲基甲酰胺80-100份、纳米氧化锌0.2-0.5份、葡萄 糖5-10份、壳聚糖0.1-0.3份、水性丙烯酸树脂0.05-0.1份、乙酸0.2-0.4份、无水乙醇80-100份、蒸馏水80-100份。2. 根据权利要求1所述的一种多孔气敏性纳米材料，其特征在于：由以下成分以重量份 制备而成:抗坏血酸〇. 15-0.25份、九水硝酸铁12-18份、双乙酸钠0.15-0.25份、脱氢乙酸钠 0.11-0.17份、十二烷基羟丙基磷酸酯甜菜碱0.06-0.09份、N，N-二甲基甲酰胺65-75份、纳 米氧化锌0.3-0.4份、葡萄糖6-9份、壳聚糖0.15-0.25份、水性丙烯酸树脂0.06-0.09份、乙 酸0.25-0.35份、无水乙醇85-95份、蒸馏水85-95份。3. 权利要求1至2任一项所述的一种多孔气敏性纳米材料的制备方法，其特征在于:包 括以下步骤： (1)将抗坏血酸、双乙酸钠、脱氢乙酸钠、葡萄糖和蒸馏水混合搅拌20分钟溶解； (2 )放入反应釜中，在温度150-170 °C下反应5-6小时； (3) 冷却至室温，用离心机在转速5000-8000rpm下离心分离后用蒸馏水洗涤2-4次后 用无水乙醇洗至上层液澄清； (4) 放入烘箱中，在温度75-90 °C下烘11 -13小时； (5 )将干燥物与60-80份N，N-二甲基甲酰胺混合，超声分散2小时； (6) 将九水硝酸铁和剩余N，N-二甲基甲酰胺混合搅拌，慢慢滴加到上述分散液中； (7) 用超声仪超声1-2小时后加入剩余组分，继续超声1-2小时，静置陈化23-25小时； (8) 用离心机在转速5000-8000rpm下离心分离，用水洗涤后用乙醇洗涤； (9 )放入烘箱中，在温度75-90 °C下烘11 -13小时； (10)放入马弗炉中，在温度400-500°C下煅烧2-3小时，冷却至室温即得。4. 根据权利要求3所述的一种多孔气敏性纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤 (2)中温度为155-165°(：，反应时间为5.5小时。5. 根据权利要求3所述的一种多孔气敏性纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤 (3 )中转速为6000-7000rpm，洗涤次数为3次。6. 根据权利要求3所述的一种多孔气敏性纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤 (4)中温度为80-85°C，时间为12小时。7. 根据权利要求3所述的一种多孔气敏性纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤 (7) 中第一次超声时间为1.5小时，第二次超声时间为1.5小时，陈化时间为24小时。8. 根据权利要求3所述的一种多孔气敏性纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤 (8) 中转速为6000-7000rpm。9. 根据权利要求3所述的一种多孔气敏性纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步骤 (9) 中温度为80-85°C，时间为12小时。10. 根据权利要求3所述的一种多孔气敏性纳米材料的制备方法，其特征在于:所述步 骤(10)中温度为450°C，锻烧时间为2.5小时。
【文档编号】G01N27/00GK105842288SQ201610162739
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】姚振红
【申请人】苏州捷德瑞精密机械有限公司