甲烷气体敏感材料及气体传感装置的制作方法

本发明涉及无机材料领域，具体涉及一种甲烷气体敏感材料及气体传感装置。

背景技术：

1、甲烷是一种很重要的燃料，是天然气的主要成分，约占87％，在生产生活中被广泛应用，但其具有易燃、易爆的特点。由于在标准压力的室温环境中，甲烷无色、无味，很难被察觉。所以，近年来由于甲烷泄露造成的爆炸事故屡见报道，给人们的生产生活带了极大的影响。发展在工况条件下可以快速、高灵敏的检出甲烷气体传感器和相应的传感材料具有非常重要的意义。

2、化学电阻型半导体气体传感器是一类具有高选择性、高灵敏度的传感器，其可以将目标气体分子的信息(化学组成、浓度等)转换成电信号的智能器件，能够在极低浓度的条件下快速灵敏、特异性地检测可燃性气体，如甲烷等目标气体。在工业生产、环境监测、智能医学、航空航天、国防安全、宇宙探测等各领域具有重要的应用价值。化学电阻型半导体气体传感器的核心是气敏半导体材料，因此创制高性能的气体敏感材料是发展先进气体传感器的关键。

3、结晶态的金属氧化物(sno2,wo3等)作为一类重要的半导体材料，在气体传感领域显示了优异的性能。金属氧化物半导体气体传感器的工作原理是，基于气体分子在金属氧化物表面的吸附或化学反应而引起的电阻变化，来检测目标气体的化学结构和浓度。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种具有更好稳定性、更短响应时间的甲烷气体敏感材料及由该甲烷气体敏感材料制成的气体传感装置。

2、本发明提供了一种甲烷气体敏感材料，具有这样的特征，包括：制备方法包括如下步骤：步骤1，将钯源、锡源、表面活性剂、酸试剂以及有机溶剂混合，得到前驱液；步骤2，将所述前驱液与氯化钠晶体混合，得吸附前驱液的氯化钠晶体；步骤3，将所述吸附前驱液的氯化钠晶体干燥，焙烧，洗涤，即得钯纳米颗粒修饰的二维介孔二氧化锡的甲烷气体敏感的材料。

3、在本发明提供的甲烷气体敏感材料中，还可以具有这样的特征：其中，所述钯源为乙酰丙酮钯、醋酸钯、氯钯酸或钯酸钠中的任意一种或多种。

4、在本发明提供的甲烷气体敏感材料中，还可以具有这样的特征：其中，所述锡源为乙酰丙酮锡、氯化锡、硫酸亚锡、锡酸钠、锡酸钾或锡酸锌中的任意一种或多种。

5、在本发明提供的甲烷气体敏感材料中，还可以具有这样的特征：其中，所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂中的一种或多种，包括谷氨酸系阴离子表面活性剂、丙氨酸系阴离子表面活性剂、甘氨酸系阴离子表面活性剂、羧酸类阴离子表面活性剂、烷基季铵盐表面活性剂、双子座表面活性剂、流星锤表面活性剂、三头阳离子表面活性剂、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷、聚环氧乙烷-聚环氧丁烷、聚环氧乙烷-聚苯乙烯或聚环氧乙烷-聚甲基丙烯酸甲酯二嵌段、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷或聚环氧丙烷-聚环氧乙烷-聚环氧丙烷三嵌段共聚物。优选为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷类非离子表面活性剂。

6、在本发明提供的甲烷气体敏感材料中，还可以具有这样的特征：其中，所述酸试剂为甲酸、乙酸、柠檬酸、丹宁酸、盐酸、硫酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸或磷酸中的任意一种或多种。

7、在本发明提供的甲烷气体敏感材料中，还可以具有这样的特征：其中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、苯、甲苯、乙醚、四氢呋喃、氯仿或二氯甲烷中的任意一种或多种。

8、在本发明提供的甲烷气体敏感材料中，还可以具有这样的特征：其中，表面活性剂、钯源、锡源、酸试剂、有机溶剂的摩尔比为(0.01-1)：(0.001-0.05)：1：(12-200)：(50-500)。

9、在本发明提供的甲烷气体敏感材料中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2还包括如下操作：将所述前驱液与氯化钠晶体混合，抽滤除去未吸附的前驱液，即得吸附前驱液的氯化钠晶体，抽滤时间为0.1h-10h。

10、在本发明提供的甲烷气体敏感材料中，还可以具有这样的特征：其中，干燥温度为20-150℃，干燥时间为12-120h，焙烧温度为500-1200℃，焙烧时间为2-24h。

11、本发明还提供了一种气体传感装置，具有这样的特征，包括：金属电极；氧化铝陶瓷片；以及加热丝，其中，所述氧化铝陶瓷管靠近所述金属电极一层涂覆有上述任意一种的甲烷气体敏感材料。

12、发明的作用与效果

13、根据本发明所涉及的甲烷气体敏感材料，因为采用了一种全新的制备方法，先将钯源、锡源混合，再由氯化钠晶体吸附，最后进行干燥、焙烧以及洗涤，所以，本发明制得的甲烷气体敏感材料具有更加高度晶化的骨架，有利于载流子的传递运输和载流子密度变化的测量，从而降低响应-恢复时间。

14、进一步地，由于本发明采用了钯纳米颗粒在介孔材料的骨架中原位形成的方法制备，所以产生了独特的嵌入结构，从而提高了材料的稳定性。

技术特征：

1.一种甲烷气体敏感材料，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的甲烷气体敏感材料，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的甲烷气体敏感材料，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的甲烷气体敏感材料，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的甲烷气体敏感材料，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的甲烷气体敏感材料，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的甲烷气体敏感材料，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的甲烷气体敏感材料，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的甲烷气体敏感材料，其特征在于：

10.一种气体传感装置，其特征在于，包括依次设置的：

技术总结
本发明提供了一种甲烷气体敏感材料及气体传感装置，属于无机材料领域。本发明提供甲烷气体敏感材料的制备方法包括如下步骤：步骤1，将钯源、锡源、表面活性剂、酸试剂以及有机溶剂混合，得到前驱液；步骤2，将前驱液与氯化钠晶体混合，得吸附前驱液的氯化钠晶体；步骤3，将吸附前驱液的氯化钠晶体干燥，焙烧，洗涤，即得钯纳米颗粒修饰的二维介孔二氧化锡的甲烷气体敏感的材料。本发明制得的甲烷气体敏感材料具有更加高度晶化的骨架，有利于载流子的传递运输和载流子密度变化的测量，从而降低响应‑恢复时间。

技术研发人员：张威,谷雨
受保护的技术使用者：珠海复旦创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14