一种基于富含氧空位LaFeO3纳米粒子的高性能甲醛气体传感器的制备方法

本发明涉及化学电阻型气体传感器领域，更具体地说，涉及一种基于富含氧空位lafeo3纳米粒子的高性能甲醛气体传感器的制备方法。

背景技术：

1、甲醛作为一种无色且有强烈气味的气体，由于其良好的粘合和溶剂特性而被广泛用于树脂、涂料和塑料等工业生产中。然而，建筑材料中含有过量甲醛会引起室内空气污染，进而对人体健康造成威胁并引发系列疾病，包括病态建筑综合症、呼吸系统疾病甚至癌症。人们即使接触低浓度的甲醛也会引起头疼、恶心及呼吸道疾病。根据美国国家职业安全卫生研究所报道室内环境中甲醛的安全浓度阈值为1ppm。因此，实时检测室内甲醛气体浓度已经成为一项重要而迫切的任务。迄今为止，基于n型半导体氧化物(如氧化锡、氧化锌和氧化钨等)的化学电阻型甲醛气体传感器因具有高灵敏度、低成本和与微机电系统兼容等优点而得到了广泛研究，然而，基于n型半导体氧化物气体传感器也存在诸如高工作温度和高基线电阻的缺点，限制了它们的实际应用。

2、近年来，钙钛矿半导体氧化物(abo3)由于其高热稳定性、可调节组分、高电子迁移率和优异的气敏性能而在气体传感器领域备受关注。其中，lafeo3作为典型的p型钙钛矿半导体氧化物，在检测甲醛方面表现出了优异的潜力。然而，本征lafeo3基气体传感器通常表现出低灵敏度。许多研究者对氧化物半导体的微观结构与气敏性能之间构效关系进行系统研究，发现氧空位是金属氧化物中固有的缺陷，可以作为电子载体吸收氧分子并形成活性位点，从而提高气体传感器的灵敏度。

3、基于上述，本发明人发现：

4、在检测甲醛气体时，常用的方法如等离子体轰击和还原气氛中的热处理等已经被用于有效调节金属氧化物表面氧空位的浓度，但是这些方法在使用时，由于使用材料和产品的限制，容易出现使用成本高过和制备工艺复杂的缺点，进而降低该类产品或方法在甲醛气体检测中的实用效果。

5、于是，有鉴于此，针对现有的结构予以研究改良，提供一种基于富含氧空位lafeo3纳米粒子的高性能甲醛气体传感器的制备方法，以期达到更具有更加实用价值性的目的。

技术实现思路

1、1.要解决的技术问题

2、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于富含氧空位lafeo3纳米粒子的高性能甲醛气体传感器的制备方法，它可以在生产过程中可有效提高生产效率，并同时节约大量的使用成本，提高了该类传感器在甲醛气体检测中的实用效果，同时增强了甲醛传感器的灵敏度。

3、2.技术方案

4、为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

5、一种基于富含氧空位lafeo3纳米粒子的高性能甲醛气体传感器的制备方法，包括甲醛气体传感器，所述甲醛气体传感器包括al2o3陶瓷管衬底，所述al2o3陶瓷管衬的内部固定设有镍铬合金加热丝，所述al2o3陶瓷管衬的两端固定印刷有一对环型金电极，所述al2o3陶瓷管衬的表面均匀涂覆有气体敏感薄膜；

6、所述气体敏感薄膜采用mof模板法衍生富含氧空位lafeo3纳米粒子，并基于富含氧空位lafeo3纳米粒子制备甲醛气体传感器，其具体步骤如下：

7、步骤s1：将10～14mmol六水合硝酸镧和10～14mmol九水合硝酸铁加到30～50ml乙醇中，室温下搅拌0.5～2h，得到两者的均匀溶液a；

8、步骤s2：将10～14mmol均苯三甲酸溶解到30～50ml乙醇中，得到均苯三甲酸乙醇溶液；

9、步骤s3：基于步骤s2的均苯三甲酸乙醇溶液，倒入步骤s1中制成的混合溶液a，并设立在室温下，搅拌2～10min，得到la/fe-mof凝胶；

10、步骤s4：基于步骤s3的la/fe-mof凝胶，设立在60～100℃真空干燥箱中，并干燥12～18h，得到la/fe-mof样品；

11、步骤s5：基于步骤s4的la/fe-mof样品，将其放置于管式炉中退火，控制升温速率为以5～10℃/min，退火温度为700～900℃，退火时间为3～5h，除去la/fe-mof前体中的有机配体，并得到富含氧空位lafeo3纳米粒子；

12、步骤s6：用乙醇、纯水依次超声清洗带有一对金电极和四根铂丝的al2o3陶瓷管并烘干；

13、步骤s7：基于步骤s5，称取5～15mg富含氧空位lafeo3纳米粒子与乙醇以质量比(4～6):1比例混合并研磨成均匀浆料，将其均匀涂覆在带有一对金电极和四根铂丝的al2o3陶瓷管上，形成物件b；

14、步骤s8：基于步骤s7的物件b，将物件b置于60～80℃烘箱中30～90min，待敏感材料干燥后，将电阻值为30～40ω的镍铬合金加热丝穿过带有敏感材料的al2o3陶瓷管，得到带有敏感材料的al2o3陶瓷管；

15、步骤s9：基于步骤s8的al2o3陶瓷管，将al2o3陶瓷管的四根铂丝和镍铬合金加热丝两端焊接在六角底座上，形成物件c，并在250～350℃下老化2～5天，得到基于富含氧空位lafeo3纳米粒子的甲醛气体传感器。

16、进一步的，所述步骤s1中，控制室温的环境温度范围为15℃～25℃。

17、进一步的，所述步骤s2中，采用纸槽盛装的方式将均苯三甲酸导入到乙醇中时，并缓慢对混合溶液进行搅拌。

18、进一步的，所述步骤s3中，控制室温的环境温度范围为15℃～20℃。

19、进一步的，所述步骤s4中，采用型号为hk2022011401的温湿度传感器监测真空干燥箱内湿度，判定温度值小于30％rh时，完成干燥。

20、进一步的，所述步骤s5中，控制升温时间为90～140min。

21、进一步的，所述步骤s6中，在超声清洗时无明显碎屑物掉落时，判定超声清洗完成。

22、进一步的，所述步骤s7中，在混合浆料时，将乙醇加入富含氧空位lafeo3纳米粒子中，并搅拌。

23、进一步的，所述步骤s8中，采用型号为hk2022011401的温湿度传感器监测真空干燥箱内温湿度，判定温度值小于20％rh，判定完成干燥。

24、进一步的，所述步骤s9中，甲醛气体传感器的工作湿度为≤90％rh，且甲醛气体传感器的检测范围为0～5000ppm。

25、3.有益效果

26、相比于现有技术，本发明的优点在于：

27、(1)本方案，采用mof模板法合成富含氧空位lafeo3敏感材料，并配合al2o3陶瓷管形成高灵敏度和高精度的甲醛检测传感器，且整个甲醛检测传感器的制作工艺较为简单，在生产过程中可有效提高生产效率，并同时节约大量的使用成本，提高了该类传感器在甲醛气体检测中的实用效果，同时，制备的lafeo3纳米粒子敏感材料具有丰富的氧空位和大比表面积，可为目标气体提供更多活性位点，增强了甲醛传感器的灵敏度；

28、(2)本方案，通过mof模板法合成富含氧空位lafeo3敏感材料，且在合成过程中精确控制合成的温度、时间和速率，保证合成后富含氧空位lafeo3敏感材料质量，整个合成的工艺操作简单，成本低廉，产率高，生产周期短，且适合批量化生产；

29、(3)本方案，基于富含氧空位lafeo3的甲醛传感器在较低工作温度160℃下对甲醛气体表现出高灵敏度和优异的选择性，其可以检测低至1ppm甲醛气体，同时具有快速的响应和恢复时间，良好的重复性和长期稳定性，在室内挥发性有机化合物检测方面具有广阔的应用前景。