气敏涂层及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种超薄多孔亚微米结构的贵金属掺杂三氧化钨涂层及其制备方法，以贵金属纳米粒子掺杂WO3悬浮液作为喷涂原料，通过热喷涂工艺将所述的喷涂原料喷涂沉积到基体上，获得厚度5～20μm且多孔亚微米结构的贵金属掺杂WO3气敏涂层。该涂层中贵金属的含量在0.067wt%～2.440wt%。本发明得到的WO3涂层具备较高的比表面积，而且贵金属的掺杂也能有效提高WO3涂层的气敏特性。此外，本发明制备贵金属掺杂WO3涂层的设备及工艺简单、易控，沉积效率高，成本较低，适合工业化生产，有望产生极大的社会经济效益。
【专利说明】-种贵金属掺杂WO3气敏涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基体表面WO3涂层【技术领域】，尤其涉及一种贵金属掺杂WO3气敏涂层及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济高速发展，工业化程度加深，城市人口与机动车数量急剧增加，N0X、 C02、S02、H2S等气体的排放，引起了空气的污染，导致酸雨和温室效应。为了监视这类易燃 易爆、有毒有害的气体，需要高灵敏度、选择性好的气敏传感器。此外，在食品工业和家电应 用中，气敏传感器又可用于质量检测生产过程控制和气体泄漏报警等。
[0003] WO3作为一种过渡金属氧化物半导体材料，是一种宽带隙的η型半导体，具有优良 的气敏性能，对某些气体(如03、N02、N0、NH3、H2S)有较好的敏感特性而受到广泛的关注。对 于WO3气敏涂层的敏感特性，最重要的指标是气敏涂层的高灵敏性，而提高灵敏性的措施主 要是提高涂层表面与气体的接触面积，即提高比表面积。而纳米材料具有特殊的力学、热 学、光学、化学和磁性，与传统涂层相比，其具备更大的比表面积，所以利用纳米尺寸WO3粉 末制备气敏涂层具有更大性能优势。此外，研究也发现对WO3气敏涂层进行适量贵金属掺 杂，能在半导体表面形成丰富的活性中心，利于对反应气体选择性吸附，增加反应物浓度； 同时又能提供降低反应激活能的反应途径，提高反应速度，从而改善氧化物半导体气敏涂 层的灵敏度、选择性和稳定性。因此，开发一种工艺简单可控、沉积效率高、生产成本低、灵 敏度高的WO3气敏涂层对我国社会、经济、环境的可持续发展具有十分重要的意义。
[0004] 当前，WO3涂层的传统制备技术主要有真空蒸发沉积法、溅射沉积法、气相生长沉 积法、外延沉积法、激光沉积法、溶胶-凝胶法、电沉积法和丝网印刷法等。传统制备方法或 制备工艺复杂、设备昂贵，或生产成本较高，不宜工业化，或薄膜面积小，不宜大规模成膜。 因此，要实现WO3涂层的大规模生产应用，亟需开发一种新型的低成本、高质量、大面积、适 合工业化的涂层制备技术。
[0005] 热喷涂技术是一种适合工业化、大面积生产的表面技术，在表面修复、表面强化、 功能涂层制备等方面都有着巨大的优势。在国民经济中有着重要的作用，可减少能源消耗、 减少原料使用、降低对整体材料的性能要求等。等离子喷涂技术是一种重要的热喷涂技术， 也是一种有效的纳米涂层制备技术；但是因为固体纳米粉末输送困难且易烧损，所以纳米 粉末不适合直接作为等离子喷涂原料。在传统等离子喷涂制备纳米涂层过程中，往往遵循 "纳米粉体原料一团聚型微米级粉末的一次造粒一喷涂粉末致密化的二次造粒一等离子涂 层制备"的工艺路线，该路线不仅成本高、工艺繁琐、操作性差，而且每步工艺环境中纳米粉 体均有不同程度损失。另外，致密化的二次造粒过程，由于温度较高，纳米粉体晶粒往往有 长大趋势或者长大超出纳米临界尺寸，进而影响纳米涂层的各种优异性能。所以，采用传统 热喷涂方法制备的WO3气敏涂层，往往是微米尺寸的表面结构，且涂层比表面积较低，使得 WO3气敏特性的发挥受到极大限制。
[0006] 液相等离子喷涂（Solutionprecursorplasmaspray)技术是在传统等离子喷涂 的基础上进行改进，使原有的固体粉末喂料改为液相喂料，将制备涂层的前驱体或悬浊液 作为喷涂原料进行喷涂制备涂层，该技术将粉末制备和涂层制备合二为一，简化工艺步骤， 且由于喷涂过程中液相的蒸发和挥发带走大量热量，使喷涂粒子经历的温度较低，具有抑 制原料粒子晶粒过分长大和晶型转变的特点。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种贵金属掺杂WO3气敏涂层的制 备方法。该方法具有操作简单、工艺流程少、成本低、适合工业化生产等优点。
[0008] 为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
[0009] -种贵金属掺杂WO3气敏涂层的制备方法，以贵金属纳米粒子掺杂WO3悬浮液作为 喷涂原料，通过热喷涂工艺将所述的喷涂原料喷涂沉积到基体上，获得厚度5?20μm且多 孔亚微米结构的贵金属掺杂WO3气敏涂层。
[0010] 本发明将制备涂层的悬浊液作为喷涂原料进行液相热喷涂制备涂层，该技术将粉 末制备和涂层制备合二为一，避免了传统热喷涂工艺中纳米粉体的不同程度损失，也不会 出现传统热喷涂过程中由于温度高使得二次造粒过程中纳米粉体晶粒长大甚至超出纳米 临界尺寸，进而影响纳米涂层的各种优异性能。
[0011] 本发明中所述的基材包括但不限于氧化铝（Al203)、45号钢及304不锈钢等材料。 基体在使用前需进行清洗、除油除锈和表面粗化等处理，其中粗化方法包括喷砂、车螺纹、 滚花和电拉毛等。
[0012] 通过贵金属掺杂后的WO3涂层比WO3基体材料在气敏性能上大幅提高，作为优选， 所述的贵金属纳米粒子为金纳米粒子、钼纳米粒子中的至少一种。
[0013] 纳米贵金属粒子，如金纳米粒子、钼纳米粒子，因其尺寸达到纳米尺度，使其具备 优良的纳米特性，常作为掺杂粒子，广泛用于气敏领域、光催化领域等。作为优选，所述的金 纳米粒子的粒径为5?15nm，钼纳米粒子的粒径为5?10nm。
[0014] 本发明将固体纳米颗粒分散在某种溶剂中，通常是水或者乙醇，有时为了更好地 分散还需要添加分散剂，作为优选，所述的喷涂原料通过如下方法得到：将去离子水、无水 乙醇和表面活性剂混合均匀，并加入平均粒径为30?50nm的WO3粉末和贵金属纳米粒子 进行磁力搅拌混合均匀，得到喷涂原料。
[0015] 喷涂原料中，WO3为主相，贵金属纳米粒子为掺杂相，其能提高WO3气敏灵敏度，表 面活性剂及去离子水与无水乙醇混合溶液，使喷涂液料中贵金属掺杂的WO3浆料分散更为 均匀，利于喷涂过程顺利进行，并实现所制涂层的均匀分散、成膜。综合考虑后，作为优选， 所述的喷涂原料中WO3粉末的质量百分含量为6%?15%，贵金属纳米粒子的质量百分含量 为0. 01%?0. 15%，表面活性剂的质量百分含量为0. 06%?0. 15%，去离子水与无水乙醇的 体积比为1:1?1:4。
[0016] 作为优选，所述的表面活性剂为聚乙二醇、聚甲基丙烯酸铵或聚丙烯酸铵。其中聚 乙二醇通常采用PEG20000、PEG1800。
[0017] 作为优选，所述的热喷涂采用等离子喷涂，等离子喷涂的电流为550?650A，电压 为45?55V，喷涂原料流量为15?40ml/min，喷涂距离为150?220mm，等离子喷枪移动 速度为350?600mm/s，涂层喷涂遍数为10?35遍。采用等离子火焰喷涂工艺制备WO3涂 层，工艺简单、厚度可控、沉积效率高、生产成本低、可大面积制备，适于工业化生产。
[0018] 本发明还提供一种利用上述任一方法制备得到的贵金属掺杂WO3气敏涂层。
[0019] 对于传感器涂层功能性而言，涂层厚度并非越厚越好，涂层能有效覆盖基底表面 即可；贵金属含量也并非越多越好，其添加量达到一定比例后，由于形成较大的纳米粒子颗 粒，反而不利于气体检测，对比0. 080wt%和I. 500wt%Au掺杂的WO3涂层，其对NO2的灵敏度 提升量从63%下降为37%。综合考虑贵金属成本及贵金属掺杂对涂层性能的影响，作为优 选，涂层的厚度为5?20μm，涂层中贵金属的含量在0. 067wt%?2. 440wt%。
[0020] 本发明得到的WO3涂层晶相结构未发生转变，且仍保持原有粉末的纳米尺寸，具备 多孔亚微米结构，能满足气敏传感器领域中对WO3涂层高比表面积的要求，此外，掺杂了一 定量的贵金属，进一步提升了涂层的气敏灵敏度，利于涂层在气敏传感器领域的应用，有望 产生巨大的社会和经济效益。
[0021] 与目前常用的WO3涂层及其制备方法相比，本发明具有如下优点：
[0022] (1)将贵金属掺杂的纳米WO3液料直接送入等离子火焰，克服了纳米粉体不易直接 喷涂的缺点，减少了喷雾造粒过程，涂层仍保持原始粉末的晶相结构和纳米尺寸，且涂层多 孔具有较大的比表面积，利于发挥其气敏器件上的高灵敏性优势；
[0023] (2)将贵金属掺杂纳米WO3液料，使得制备的气敏涂层灵敏度、选择性和稳定性进 一步提升。
[0024] 因此，本发明提供的一种超薄多孔亚微米结构的贵金属掺杂WO3气敏涂层的制备 方法具有成本低、性能优越和适于产业化等优点，在环保、电子等行业，尤其是气敏传感器 领域具有良好的应用价值和市场前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是本发明贵金属掺杂WO3气敏涂层的制备流程图；
[0026] 图2是本发明实施例1中制得的0. 06wt%Au掺杂WO3液料制备的气敏涂层XRD图 谱；
[0027] 图3是本发明实施例1中制得的0. 06wt%Au掺杂WO3液料制备的气敏涂层的表面 微观形貌：（a)低倍；（b)高倍；
[0028] 图4a是本发明实施例1中0. 06wt%Au掺杂WO3液料制备的气敏涂层表面EDX能 谱分析区域；
[0029] 图4b是本发明实施例1中0. 06wt%Au掺杂WO3液料制备的气敏涂层表面EDX能 谱图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下实施例 旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0031] 实施例1:
[0032] 本实施例中，选择基体材料为厚度约2mm的不锈钢金属片，该基体上0. 06wt%纳米 Au掺杂WO3液料制备的涂层厚度为5μm，涂层为亚微米尺寸的WO3晶粒堆垛而成的多孔表 面，其中WO3晶粒尺寸范围为50?150nm。该超薄多孔亚微米结构的Au掺杂WO3涂层的制 备流程如图1所示，具体制备方法如下：
[0033] 1、将去离子水和无水乙醇按体积比1:1混合配成溶液，加入0. 08wt%的表面活性 剂聚乙二醇PEG20000,将市售的纯WO3纳米粉末(粒径为50nm)和Au纳米粉末(粒径为5? 15nm)加入到上述配好的溶液中，通过磁力搅拌均匀制成WO3固含量为10wt%，Au掺杂量为 0. 06wt%的喷涂液料；
[0034] 2、将基体进行清洗，采用60目棕刚玉砂进行表面喷砂预处理，使其粗糙度达到喷 涂要求，提高涂层与基体的结合强度；
[0035] 3、采用等离子喷涂枪外液料送粉方式，在蠕动泵作用下液料匀速通过出口直径 为0 0. 5mm的喷嘴垂直送入火焰根部，并随火焰自行雾化热解，在基体上形成厚度为5μm 的涂层。其中，等离子喷涂参数为：电流600A，电压52. 5V，液料流量25ml/min，喷涂距离 180mm，等离子喷枪移动速度600mm/s，喷涂次数20遍。
[0036] 对上述制备得到的基体表面的涂层进行如下性能检测：
[0037] (1)涂层物相检测：利用X射线衍射仪（XRD)检测涂层物相结构，图2为本实施例 中制得的涂层XRD图谱，由图可见，涂层中主要物质为WO3，物质未发生明显相变，说明通过 液料等离子喷涂工艺可获得稳定的WO3涂层。同时，由于XRD检测的局限性，未检测到Au, 可能是掺杂的纳米Au含量过少所致。
[0038] (2)涂层表面微观形貌观察：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)检测涂层表面 微观形貌，具体步骤如下：将样品置于酒精溶液中超声处理lOmin，并鼓风干燥箱中80°烘 干2h，为提高电镜观察效果，对样品表面喷Au以增强其导电性，利用场发射扫描电子显微 镜观察其表面微观形貌或截面涂层厚度。图3为本实施例中制得的涂层表面SEM照片，由 图3中（a)部分可见，Au掺杂WO3涂层为均匀的微米尺寸（0. 5?1μm)的颗粒堆积成多孔 表面。进一步观察图3中（b)部分发现，微米尺寸的WO3颗粒主要由50?150nm的WO3晶 粒堆积成多孔结构，使涂层具有高比表面积，利于发挥涂层的气敏特性。
[0039] (3)涂层表面元素分析：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)自带的X射线能 谱仪（EDX)定性检测分析涂层中的元素成分，具体步骤如下：将样品置于酒精中超声处理 IOmin,并鼓风干燥箱中80°烘干2h，直接利用场发射电子显微镜的EDX功能，对表面兀素 进行定性分析。图4为本实施例中涂层的EDX扫描区域及其元素分析，由图可见，涂层主要 为W、O和Au组成,说明主要为Au掺杂的WO3,此外有Fe的元素峰,这是由于涂层厚度超薄 所致。
[0040] (4)涂层截面微观组织形貌观察：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)检测涂层 截面微观形貌，可以发现本实施例中制得的涂层厚度为5μm，涂层与基体结合良好。
[0041] 实施例2:
[0042] 本实施例中，选择基体材料为厚度约2mm的304不锈钢片，该基体上0. 06wt%纳米 Au掺杂WO3液料制备的涂层厚度为20μm，涂层为亚微米尺寸的WO3晶粒堆垛而成的多孔表 面，其中WO3晶粒尺寸范围为50?250nm。该超薄多孔亚微米结构的Au掺杂WO3涂层的制 备流程如图1所示，具体制备方法如下：
[0043] 1、将去离子水和无水乙醇按体积比1:2混合配成溶液，加入0. 10wt%的表面活性 剂聚乙二醇PEG20000,将市售的纯WO3纳米粉末(粒径为50nm)和Au纳米粉末(粒径为5? 15nm)加入到上述配好的溶液中，通过磁力搅拌均匀制成WO3固含量为15wt%，Au掺杂量为 0. 06wt%的喷涂液料；
[0044] 2、将基体进行清洗，采用60目棕刚玉砂进行表面喷砂预处理，使其粗糙度达到喷 涂要求，提高涂层与基体的结合强度；
[0045] 3、采用等离子喷涂枪外液料送粉方式，在蠕动泵作用下液料匀速通过出口直径为 0_〇. 5mm的喷嘴垂直送入火焰根部，并随火焰自行雾化热解，在基体上形成厚度为20μm的 涂层。其中，等离子喷涂参数为：电流650A，电压55V，液料流量30ml/min，喷涂距离200mm， 等离子喷枪移动速度400mm/s，喷涂次数35遍。
[0046] 对上述制备得到的基体表面的涂层进行如下性能检测：
[0047] (1)涂层物相检测：利用X射线衍射仪（XRD)检测涂层物相结构，证实涂层中主要 物质为WO3，物质未发生明显相变，说明通过液料等离子喷涂工艺可获得稳定的WO3涂层。未 检测到Au,可能是掺杂的纳米Au含量过少所致。
[0048] (2)涂层表面微观形貌观察：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)检测涂层表面 微观形貌，证实Au掺杂WO3涂层为均匀的微米尺寸（?1μm)的颗粒堆积成多孔表面，并且 亚微米尺寸的WO3颗粒主要由50?250nm的WO3晶粒堆积成多孔结构，使涂层具有高比表 面积，利于发挥涂层的气敏特性。
[0049] (3)涂层表面元素分析：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)自带的X射线能谱仪 (EDX)定性检测分析涂层中的元素成分。EDX检测证实涂层中存在W、0和Au元素。
[0050] (4)涂层截面微观组织形貌观察：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)检测涂层 截面微观形貌，可以发现本实施例中制得的涂层厚度为20μm，涂层与基体结合良好。
[0051] 实施例3:
[0052] 本实施例中，选择基体材料为厚度约2mm的Al2O3陶瓷片，该基体上0. 012wt%纳米 Pt掺杂WO3液料制备涂层的厚度为15μm，涂层为亚微米尺寸的WO3晶粒堆垛而成的多孔表 面，其中WO3晶粒尺寸范围为50?250nm。该超薄多孔亚微米结构的Pt掺杂WO3涂层的制 备流程如图1所示，具体制备方法如下：
[0053] 1、将去离子水和无水乙醇按体积比1:4混合配成溶液，加入0. 08wt%的表面活性 剂聚甲基丙烯酸铵，将市售的纯WO3纳米粉末(粒径为50nm)和Pt纳米粉末(粒径为5? IOnm)加入到上述配好的溶液中，通过磁力搅拌均匀制成WO3固含量为10wt%，Pt掺杂量为 0. 012wt%的喷涂液料；
[0054] 2、将基体进行清洗，采用60目棕刚玉砂进行表面喷砂预处理，使其粗糙度达到喷 涂要求，提高涂层与基体的结合强度；
[0055] 3、采用等离子喷涂枪外液料送粉方式，在蠕动泵作用下液料匀速通过出口直径为 0 0. 6mm的喷嘴垂直送入火焰根部，并随火焰自行雾化热解，在基体上形成厚度为15μm的 涂层。其中，等离子喷涂参数为：电流550A，电压55V，液料流量25ml/min，喷涂距离180mm， 等离子喷枪移动速度350mm/s，喷涂次数25遍。
[0056] 对上述制备得到的基体表面的涂层进行如下性能检测：
[0057] (1)涂层物相检测：利用X射线衍射仪（XRD)检测涂层物相结构，证实涂层中主要 物质为WO3，物质未发生明显相变，说明通过液料等离子喷涂工艺可获得稳定的WO3涂层。未 检测到Pt,可能是掺杂的纳米Pt含量过少所致。
[0058] (2)涂层表面微观形貌观察：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)检测涂层表面 微观形貌，证实Pt掺杂WO3涂层为均匀的微米尺寸（?1μm)的颗粒堆积成多孔表面，并且 亚微米尺寸的WO3颗粒主要由50?250nm的WO3晶粒堆积成多孔结构，使涂层具有高比表 面积，利于发挥涂层的气敏特性。
[0059] (3)涂层表面元素分析：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)自带的X射线能谱仪 (EDX)定性检测分析涂层中的元素成分。EDX检测证实涂层中存在W、0和Pt元素。
[0060] (4)涂层截面微观组织形貌观察：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)检测涂层 截面微观形貌，可以发现本实施例中制得的涂层厚度为15μm，涂层与基体结合良好。
[0061] 实施例4:
[0062] 本实施例中，选择基体材料为厚度约2mm的Al2O3陶瓷片，该基体上0. 08wt%纳米 Au掺杂WO3液料制备的涂层厚度为20μm，涂层为亚微米尺寸的WO3晶粒堆垛而成的多孔表 面，其中WO3晶粒尺寸范围为50?150nm。该超薄多孔亚微米结构的Au掺杂WO3涂层的制 备流程如图1所示，具体制备方法如下：
[0063] 1、将去离子水和无水乙醇按体积比1:3混合配成溶液，加入0. 12wt%的表面活性 剂聚乙二醇PEG1800,将市售的纯WO3纳米粉末(粒径为50nm)和Au纳米粉末(粒径为5? 15nm)加入到上述配好的溶液中，通过磁力搅拌均匀制成WO3固含量为13wt%，Au掺杂量为 0. 08wt%的喷涂液料；
[0064] 2、将基体进行清洗，采用60目棕刚玉砂进行表面喷砂预处理，使其粗糙度达到喷 涂要求，提高涂层与基体的结合强度；
[0065] 3、采用等离子喷涂枪外液料送粉方式，在蠕动泵作用下液料匀速通过出口直径为 0I.Omm的喷嘴垂直送入火焰根部，并随火焰自行雾化热解，在基体上形成厚度为20μm的 涂层。其中，等离子喷涂参数为：电流600A，电压52V，液料流量35ml/min，喷涂距离200mm， 等离子喷枪移动速度600mm/s，喷涂次数35遍。
[0066] 对上述制备得到的基体表面的涂层进行如下性能检测：
[0067] (1)涂层物相检测：利用X射线衍射仪（XRD)检测涂层物相结构，证实涂层中主要 物质为WO3，物质未发生明显相变，说明通过液料等离子喷涂工艺可获得稳定的WO3涂层。未 检测到Au,可能是掺杂的纳米Au含量过少所致。
[0068] (2)涂层表面微观形貌观察：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)检测涂层表面 微观形貌，证实Au掺杂WO3涂层为均匀的微米尺寸（0. 5?1μm)的颗粒堆积成多孔表面， 并且亚微米尺寸的WO3颗粒主要由50?150nm的WO3晶粒堆积成多孔结构，使涂层具有高 比表面积，利于发挥涂层的气敏特性。
[0069] (3)涂层表面元素分析：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)自带的X射线能谱仪 (EDX)定性检测分析涂层中的元素成分。EDX检测证实涂层中存在W、0和Au元素。
[0070] (4)涂层截面微观组织形貌观察：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)检测涂层 截面微观形貌，可以发现本实施例中制得的涂层厚度为20μm，涂层与基体结合良好。
[0071] 实施例5:
[0072] 本实施例中，选择基体材料为厚度约2mm的Al2O3陶瓷片，该基体上0. 02wt%纳米 Au掺杂WO3液料制备涂层的厚度约为5μm，涂层为亚微米尺寸的WO3晶粒堆垛而成的多孔 表面，其中WO3晶粒尺寸范围为50?200nm。该超薄多孔亚微米结构的Au掺杂WO3涂层的 制备流程如图1所示，具体制备方法如下：
[0073] 1、将去离子水和无水乙醇按体积比1:4混合配成溶液，加入0. 08wt%的表面活性 剂聚乙二醇PEG20000,将市售的纯WO3纳米粉末(粒径为50nm)和Au纳米粉末(粒径为5? 15nm)加入到上述配好的溶液中，通过磁力搅拌均匀制成WO3固含量为12wt%，Au掺杂量为 0. 08wt%的喷涂液料；
[0074] 2、将基体进行清洗，采用60目棕刚玉砂进行表面喷砂预处理，使其粗糙度达到喷 涂要求，提高涂层与基体的结合强度；
[0075] 3、采用等离子喷涂枪外液料送粉方式，在蠕动泵作用下液料匀速通过出口直径 为00. 8mm的喷嘴垂直送入火焰根部，并随火焰自行雾化热解，在基体上形成厚度为5μηι 的涂层。其中，等离子喷涂参数为：电流570Α，电压52. 5V，液料流量25ml/min，喷涂距离 175mm，等离子喷枪移动速度600mm/s，喷涂次数20遍。
[0076] 对上述制备得到的基体表面的涂层进行如下性能检测：
[0077] (1)涂层物相检测：利用X射线衍射仪（XRD)检测涂层物相结构，证实涂层中主要 物质为WO3，物质未发生明显相变，说明通过液料等离子喷涂工艺可获得稳定的WO3涂层。未 检测到Au,可能是掺杂的纳米Au含量过少所致。
[0078] (2)涂层表面微观形貌观察：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)检测涂层表面 微观形貌，证实Au掺杂WO3涂层为均匀的微米尺寸（?1μm)的颗粒堆积成多孔表面，并且 亚微米尺寸的WO3颗粒主要由50?200nm的WO3晶粒堆积成多孔结构，使涂层具有高比表 面积，利于发挥涂层的气敏特性。
[0079] (3)涂层表面元素分析：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)自带的X射线能谱仪 (EDX)定性检测分析涂层中的元素成分。EDX检测证实涂层中存在W、0和Au元素。
[0080] (4)涂层截面微观组织形貌观察：利用场发射扫描电子显微镜（FESEM)检测涂层 截面微观形貌，可以发现本实施例中制得的涂层厚度为5μm，涂层与基体结合良好。
【权利要求】
1. 一种贵金属掺杂wo3气敏涂层的制备方法，其特征在于，以贵金属纳米粒子掺杂 w〇3悬浮液作为喷涂原料，通过热喷涂工艺将所述的喷涂原料喷涂沉积到基体上，获得厚度 5?20 μ m且多孔亚微米结构的贵金属掺杂W03气敏涂层。
2. 根据权利要求1所述的贵金属掺杂W03气敏涂层的制备方法，其特征在于，所述的贵 金属纳米粒子为金纳米粒子、钼纳米粒子中的至少一种。
3. 根据权利要求2所述的贵金属掺杂W03气敏涂层的制备方法，其特征在于，所述的金 纳米粒子的粒径为5?15nm，钼纳米粒子的粒径为5?10nm。
4. 根据权利要求1所述的贵金属掺杂W03气敏涂层的制备方法，其特征在于，所述的喷 涂原料通过如下方法得到：将去离子水、无水乙醇和表面活性剂混合均匀，并加入平均粒径 为30?50nm的W0 3粉末和贵金属纳米粒子进行磁力搅拌混合均勻，得到喷涂原料。
5. 根据权利要求4所述的贵金属掺杂W03气敏涂层的制备方法，其特征在于，所述的喷 涂原料中冊3粉末的质量百分含量为6%?15%，贵金属纳米粒子的质量百分含量为0. 01%? 0. 15%，表面活性剂的质量百分含量为0. 06%?0. 15%，去离子水与无水乙醇的体积比为 1:1 ?1: 4〇
6. 根据权利要求4所述的贵金属掺杂W03气敏涂层的制备方法，其特征在于，所述的表 面活性剂为聚乙二醇、聚甲基丙烯酸铵或聚丙烯酸铵。
7. 根据权利要求1所述的贵金属掺杂W03气敏涂层的制备方法，其特征在于，所述的热 喷涂采用等离子喷涂，等离子喷涂的电流为550?650A，电压为45?55V，喷涂原料流量为 15?40ml/min，喷涂距离为150?220mm，等离子喷枪移动速度为350?600mm/s，涂层喷 涂遍数为10?35遍。
8. -种贵金属掺杂W03气敏涂层，其特征在于，利用权利要求1?7任一方法制备。
9. 根据权利要求8所述的贵金属掺杂W03气敏涂层，其特征在于，涂层的厚度为5? 20 μ m，涂层中贵金属的含量在0. 067wt%?2. 440wt%。
【文档编号】C23C4/10GK104278228SQ201310283496
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2013年7月8日
【发明者】黄晶, 袁建辉, 李华 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所