一种光激活SnO2球形孔阵列气体传感器及其制备方法与应用

本发明涉及气体传感器领域，具体涉及一种光激活sno2球形孔阵列气体传感器及其制备方法与应用。

背景技术：

1、sno2是典型一种的n型半导体，作为气体敏感材料被研究人员广泛研究。以sno2为主体材料制成的气体传感器具有物理、化学稳定性好，工作寿命长等诸多优点，然而sno2基气体传感器一般只能在高温下工作，这样的做法存在几个缺陷：能耗大、影响器件长期稳定性、减短传感器工作寿命。为了满足室温下检测气体的需要，通过在sno2基体中引入贵金属、碳或聚合物等从而使传感器实现室温响应。然而，相对较低的传感响应，较长的响应/恢复时间还有繁琐的制造工艺仍然很大程度上限制了室温传感器的应用。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种光激活sno2球形孔阵列气体传感器及其制备方法与应用。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、本发明第一方面提供了一种光激活sno2球形孔阵列气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将聚苯乙烯悬浮液均匀涂在玻片上，烘干后，将玻片斜浸入氧化石墨烯分散液中，分离出单层聚苯乙烯微球薄膜，静置20～30min后用气敏陶瓷管将薄膜捞出，自然风干；

5、(2)以含有sn盐和表面活性剂的溶液为电解液，以电化学沉积的方法，将步骤(1)得到的载有薄膜的气敏陶瓷管表面进行电沉积，得到聚苯乙烯/氧化石墨烯/氢氧化锡复合薄膜气敏陶瓷管；

6、(3)将步骤(2)得到聚苯乙烯/氧化石墨烯/氢氧化锡复合薄膜气敏陶瓷管进行加热，使薄膜转化为纯sno2薄膜，得到sno2球形孔阵列传感器；再用led-紫外灯进行光激发，得到所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器。

7、优选地，步骤(3)中，将所述sno2球形孔阵列传感器置于含有贵金属盐的前驱液中，用254nm紫外灯管光照后，再用led-紫外灯进行光激发，得到所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器。

8、本发明采用紫外光激活sno2球型孔阵列薄膜在实现室温下对乙醇气体检测，应用聚苯乙烯模板和控制电沉积时间有效调控sno2的形貌进而实现薄膜受光面积最大；并通过光照法掺杂贵金属使得室温下sno2的灵敏度得到不同程度的提高。

9、进一步优选地，所述前驱液含有氯金酸、硝酸银、氯铂酸中的至少一种，其中贵金属盐浓度≤0.25mol/l。

10、优选地，步骤(1)中，所述聚苯乙烯悬浮液中聚苯乙烯的粒径为500～700nm；所述氧化石墨烯分散液的固含量为0.34～0.5mg/ml。

11、优选地，步骤(1)中，斜浸是使载体与液面呈30°以下的夹角。

12、在本发明的一些具体实施方式中，所述气敏陶瓷管衬底两端覆有导电膜，导电膜上焊接有电极线，中间为不导电的陶瓷表面。

13、优选地，步骤(1)中，气敏陶瓷管捞出的薄膜的电阻值为50～100ω，作为导电层进行电化学沉积。

14、优选地，步骤(2)中，所述电解液含有0.01～0.03mol/l snso4、0.05～0.15mol/lnano3、0.05～0.1mol/lhno3；所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

15、优选地，所述表面活性剂的浓度≤0.05g/ml。

16、优选地，步骤(2)中，所述电沉积的电流为0.8～1ma，时间为10～60min。

17、优选地，步骤(3)中，所述加热的温度为300℃～450℃，时间为30～120min。

18、在本发明的一些具体实施例中，步骤(3)中所述加热的方式为：将一根ni/cr电阻丝穿过气敏陶瓷管，并施加电压，控制气敏陶瓷管的表面温度为300℃～450℃，煨烧30～120min，去除模板和还原氧化石墨烯得到sno2球型孔阵列传感器。

19、优选地，步骤(3)中，所述led-紫外灯波长为265nm～365nm，光强为10～300mw/cm2。

20、本发明第二方面提供了所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器的制备方法制备得到的光激活sno2球形孔阵列气体传感器。

21、本发明第三方面提供了所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器在乙醇检测中的应用。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、本发明以含有表面活性剂和sn2+的溶液为电解液，使用电化学沉积的方法，聚苯乙烯微球作为模板，在覆盖有聚苯乙烯微球和氧化还原石墨烯的复合膜的气敏陶瓷衬底表面制备锡薄膜，经加热，即到sno2表面形态可控的球形孔阵列气体传感器。在led-紫外灯照射下，sno2传感器在室温下对乙醇气体表现出较高灵敏度、较好的重复性和稳定性。传感性能主要取决于薄膜的受光面积，而受光面积可由电沉积时间控制孔壁结构的高度进行调控。该方法有效克服传统器件需要在高温下工作的条件和由此带来的器件性能的不稳定性，克服了光激活器件无法通过控制薄膜表面光照面积系统调控气敏性能的缺点，同时，还能通过光照法掺杂贵金属进一步提高传感器响应性，实现其室温下气敏性能的优化。所述的制备方法简单，极易大批量生产，改善了目前乙醇气体传感器工作温度高、灵敏度低、响应/恢复时间长的问题，为制备用于室温乙醇检测的sno2薄膜传感器提供了一条高效而有前途的途径。

技术特征：

1.一种光激活sno2球形孔阵列气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将所述sno2球形孔阵列传感器置于含有贵金属盐的前驱液中，用254nm紫外灯管光照后，再用led-紫外灯进行光激发，得到所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器。

3.根据权利要求2所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器的制备方法，其特征在于，所述前驱液含有氯金酸、硝酸银、氯铂酸中的至少一种，其中贵金属盐浓度≤0.25mol/l。

4.根据权利要求1或2所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚苯乙烯悬浮液中聚苯乙烯的粒径为500～700nm；所述氧化石墨烯分散液的固含量为0.34～0.5mg/ml。

5.根据权利要求1或2所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述电解液含有0.01～0.03mol/l snso4、0.05～0.15mol/lnano3、0.05～0.1mol/lhno3；所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

6.根据权利要求1或2所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述电沉积的电流为0.8～1ma，时间为10～60min。

7.根据权利要求1或2所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述加热的温度为300℃～450℃，时间为30～120min。

8.根据权利要求1或2所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述led-紫外灯波长为265nm～365nm，光强为10～300mw/cm2。

9.根据权利要求1-8任一项所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器的制备方法制备得到的光激活sno2球形孔阵列气体传感器。

10.权利要求9所述的光激活sno2球形孔阵列气体传感器在乙醇检测中的应用。

技术总结
本发明公开了一种光激活SnO<subgt;2</subgt;球形孔阵列气体传感器及其制备方法与应用。一种光激活SnO<subgt;2</subgt;球形孔阵列气体传感器的制备方法，以含有表面活性剂和Sn<supgt;2+</supgt;的溶液为电解液，使用电化学沉积的方法，在覆盖有聚苯乙烯微球和氧化还原石墨烯的复合膜的气敏陶瓷衬底表面制备锡薄膜，经加热，得到SnO<subgt;2</subgt;球形孔阵列传感器；再用LED‑紫外灯进行光激发，得到光激活SnO<subgt;2</subgt;球形孔阵列气体传感器。该方法有效克服传统器件需要在高温下工作的条件和由此带来的器件性能的不稳定性，克服了光激活器件无法通过控制薄膜表面光照面积系统调控气敏性能的缺点，同时，还能通过光照法掺杂贵金属进一步提高传感器响应性，实现其室温下气敏性能的优化。

技术研发人员：孙丰强,龚卉彤,何谷平
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19