本发明属于半导体气敏传感材料制备与应用，具体涉及一种基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料及其制备方法与应用。
背景技术：
1、化学战剂(cwas)作为剧毒化合物，在现代地缘政治环境中对军事人员和平民造成巨大威胁。沙林(gb，甲氟膦酸异丙酯)作为一种神经性毒剂，其具有稳定性优良、作用迅速，杀伤力强，危害持续时间长等特点。因此，对沙林毒剂的实时预警和检测对于保障人类健康和环境安全至关重要。
2、在各种快速、便携的检测技术中，化学电阻式气体传感器以其操作简单、成本低、响应实时、小型化等优点备受关注。其中，基于金属氧化物半导体(mos)的气体传感器具有制备简单、响应值高、响应速度快等优势。氧化锡(sno2)作为一种具有宽带隙(3.6ev)的n型金属氧化物半导体，具有优良的电学、光学和电化学性能，在沙林毒剂的检测中得到广泛关注。其中，由二维层状纳米片堆叠而成的三维纳米花状氧化锡不仅能提供较大的比表面积，为气体在材料表面反应提供更多的活性位点，而且这种花瓣结构使堆叠成的三维花状结构存在更大的间隙表面，同时在边缘处暴露出更多的活性位点，从而为气体的快速吸脱附提供可能。
3、然而，纯氧化锡基气体传感器在检测沙林毒剂的过程中存在工作温度高、响应时间慢、无法完全恢复且选择性较差等缺陷。sns2作为n型半导体，由于其功函数与sno2接近，使得电子易于在sno2和sns2之间移动，有助于促进表面氧的吸附，从而可能提高低温下的气敏性能。因此构建sno2/sns2异质结纳米花被认为是提升气敏传感性能的有效途径之一。然而，受制备工艺的限制，有关sno2/sns2复合材料在沙林毒剂检测方面的研究较少。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本发明提出一种基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料及其制备方法与应用，以解决如何操作方便、低成本制造基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料的技术问题。
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料制备方法，采用简单水热法得到由超薄纳米片组成的sno2纳米花，再将sno2纳米花在双温区管式炉中进行煅烧硫化，得到基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料。
5、进一步地，气敏传感材料制备方法包括如下步骤：
6、s1.sno2纳米花的制备
7、将sncl2·2h2o和柠檬酸钠溶于去离子水中，搅拌；向上述溶液中加入氢氧化钠溶液，将上述溶液倒入聚四氟乙烯反应釜中，加热，自然冷却至室温；将所得产物离心并洗涤，在真空条件下干燥；将干燥后的产物在空气气氛下煅烧，得到sno2纳米花；
8、s2.sno2/sns2的制备
9、将硫粉和sno2纳米花分别放置于双温区管式炉的进气口端和出气口端，进行煅烧硫化；将进气口端和出气口端的温度升至180～200℃和500～600℃；自然冷却至室温，得到基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料。
10、进一步地，气敏传感材料制备方法包括如下步骤：
11、s1.sno2纳米花的制备
12、将0.5～1.0g sncl2·2h2o和2.5～3.0g柠檬酸钠溶于10ml去离子水中，磁力搅拌5分钟；向上述溶液中逐滴加入8～12ml氢氧化钠溶液，将上述溶液倒入25ml聚四氟乙烯反应釜中，在180～200℃条件下加热12小时，自然冷却至室温；将所得产物离心并分别用丙酮和乙醇洗涤数次，在真空条件下干燥12小时；将干燥后的产物在400～500℃的空气气氛下煅烧4小时，得到sno2纳米花；
13、s2.sno2/sns2的制备
14、将100～300mg的硫粉和100mg sno2纳米花分别放置于双温区管式炉的进气口端和出气口端，进行煅烧硫化；将进气口端和出气口端的温度升至180～200℃和500～600℃；自然冷却至室温，得到基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料。
15、进一步地，步骤s1中，氢氧化钠溶液的浓度为0.2mol/l。
16、进一步地，步骤s2中，在整个煅烧硫化过程中，氮气保持0.2～0.3l/min连续流动。
17、进一步地，步骤s2中，在1小时内，分别将进气口端和出气口端的温度升至180～200℃和500～600℃。
18、进一步地，步骤s2中，进气口端和出气口端分别在最高温度保持0.5～1小时。
19、此外，本发明还提出一种基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料，该气敏传感材料采用上述方法制备得到，该气敏传感材料具有由超薄纳米片组成的纳米花形貌，晶体结构为四方相晶体结构，sns2分布于sno2表面，晶体结构为六方晶系。
20、此外，本发明还提出一种气体传感器，其特征在于，气体传感器为将上述基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料涂抹于含有金电极的氧化铝陶瓷管上，得到以基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料为传感层的气体传感器。
21、此外，本发明还提出一种上述气体传感器的应用，将气体传感器用于室温条件下快速检测沙林及其模拟剂气体。
22、(三)有益效果
23、本发明提出一种基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料及其制备方法与应用。首先利用水热法合成由超薄纳米片组成的sno2纳米花，然后采用原位高温硫化法构建sno2/sns2复合材料，将此复合材料涂覆在含有金电极的氧化铝陶瓷管上，制备出在室温条件下具有高灵敏度、良好稳定性和选择性、以及快速响应恢复情况的气敏传感器。本方法制备的气敏传感器，能够利用异质结效应降低传统sno2气敏传感器的工作温度，提升气敏性能，且响应值能达到80％以上，具有重要的研究意义和广阔的应用前景。
24、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
25、1.本发明提供一种新颖的制备方法得到sno2/sns2传感材料。采用简单水热法得到由超薄纳米片组成的sno2纳米花，再将sno2纳米花在双温区管式炉中进行煅烧硫化，得到sno2/sns2气敏传感材料。该方法简单可控，成本低廉，对实际生产应用有重大意义。
26、2.本发明制备的sno2/sns2气敏传感材料在结构上有如下特点：合成的sno2/sns2为纳米片组成三维纳米花形貌，三维纳米花具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等特殊性质。同时，本发明制备的sno2/sns2具有典型的n-n型异质结构，通过异质结效应可显著提高氧化锡对沙林及其模拟剂气体的气敏性能。
27、3.本发明制备的sno2/sns2气敏传感材料对沙林及其模拟剂具有良好的响应/恢复、高响应以及选择性情况等。
1.一种基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料制备方法，其特征在于，所述气敏传感材料制备方法采用简单水热法得到由超薄纳米片组成的sno2纳米花，再将sno2纳米花在双温区管式炉中进行煅烧硫化，得到基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料。
2.如权利要求1所述的基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料制备方法，其特征在于，所述气敏传感材料制备方法包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料制备方法，其特征在于，所述气敏传感材料制备方法包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料制备方法，其特征在于，步骤s1中，氢氧化钠溶液的浓度为0.2mol/l。
5.如权利要求3所述的基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料制备方法，其特征在于，步骤s2中，在整个煅烧硫化过程中，氮气保持0.2～0.3l/min连续流动。
6.如权利要求3所述的基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料制备方法，其特征在于，步骤s2中，在1小时内，分别将进气口端和出气口端的温度升至180～200℃和500～600℃。
7.如权利要求3所述的基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料制备方法，其特征在于，步骤s2中，进气口端和出气口端分别在最高温度保持0.5～1小时。
8.一种基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料，其特征在于，所述气敏传感材料采用权利要求1～7任一项所述方法制备得到，该气敏传感材料具有由超薄纳米片组成的纳米花形貌，晶体结构为四方相晶体结构，sns2分布于sno2表面，晶体结构为六方晶系。
9.一种气体传感器，其特征在于，所述气体传感器为将权利要求8所述的基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料涂抹于含有金电极的氧化铝陶瓷管上，得到以基于sno2/sns2复合材料的气敏传感材料为传感层的气体传感器。
10.一种权利要求9所述的气体传感器的应用，其特征在于，将所述气体传感器用于室温条件下快速检测沙林及其模拟剂气体。