一种利用溶胶-凝胶法制备的高灵敏度气体传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于传感器领域，具体涉及一种利用溶胶-凝胶法制备的高灵敏度气体传感器。
【背景技术】
[0002]随着工业的发展、人民生活水平的提高以及对环境保护日益重视，人们对大气污染、工业废气的监控以及人居环境空气质量的检测都提出了更高的要求。金属氧化物纳米材料因其具有气敏特性可应用于传感器制造，日益受到重视。
[0003]气体传感器从结构上来分，可分为旁热式和直热式，由于旁热式气体传感器具有功耗小、有防爆装置、安全可靠等特点，因此它的运用和研制越来越广，其结构如图1所示，包括绝缘层、气敏层、电极和加热丝。
[0004]2014 年 12 月发表于 Journal of Colloid and Interface Science 上的文献【I】报导了利用化学沉淀法，以聚乙二醇、硫酸铜、尿素和氢氧化钠等为原料制备CuO纳米晶粒，并以其为气敏材料，制备的气敏器件在气体浓度达几百ppm时具有良好的灵敏度(response(Rgas/Rair))，然而当浓度降至十个ppm左右时，灵敏度明显下降，如对1ppm的乙醇气体的灵敏度仅为2.0左右。
[0005]2015年I月发表在J Mater Sc1: Mater Electron刊物上的相关文献【2】中，作者同样利用化学沉淀法，以硫脲、硫酸铜和过氧化钠等为原料制备CuO纳米薄片，并以其为气敏材料，制备的气敏器件对于浓度低至20ppm级的乙醇气体的灵敏度也仅为2.0左右。
[0006]2014年8月发表于Scientific R印orts刊物上的相关文献【3】中，以暴露{001}晶面的CuO纳米材料为气敏材料制备气敏器件，虽然CuO形貌为纳米板(nanoplatelets)时，气敏器件对于浓度为几个至十几个ppm的丙酮、乙醇气体可达到接近3的灵敏度，但CuO形貌为纳米颗粒(nanoparticles)时，气敏器件对该浓度下的丙酮、乙醇气体的灵敏度显著下降，只有不到1-1.5。
[0007]以上几种由氧化铜纳米材料制成的气体传感器虽然对浓度达几百ppm的气体具有良好的灵敏度，但被检测气体的浓度下降至十几个PPm甚至更低时，灵敏度明显降低，限制了其应用。
[0008]2014年11月发表在Sensors and Acturtors B: Chemical刊物上的相关文献【4】中，作者利用化学沉淀法，以醋酸铜、1，5-戊二醇、聚乙烯吡络烷酮和丙酮为原料制备CuO纳米立方结构，并以其为气敏材料，制备的气敏器件对于浓度3ppm?50ppb的甲醛气体，其灵敏度均不到1.2，而对于其它气体的灵敏度则更低。
[0009]参考文献:
【I】Yang Chao，Xiao Feng，Wang Jide 等，《Synthesis and microwavemodificat1n of CuO nanoparticles: Crystallinity and morphological variat1ns,catalysis, and gas sensing》，JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE，卷:435，页:34-42，出版年:DEC 2014。
[0010][2lYan Huiyingj Tian Xianqingj Sun Jie 等，((Enhanced sensing propertiesof CuO nanosheets for volatile organic compounds detect1n〉〉，JOURNAL OFMATERIALS SCIENCE: MATERIALS IN ELECTRONICS，卷:26，期:1，页:280_287，出版年:JAN2015ο
[0011][3]Su Daweij Xie Xiuqiangj Dou Shixue 等，((CuO single crystal withexposed {001}facets-A highly efficient material foe gas sensing and L1-1onbattery applicat1ns》，SCIENTIFIC REPORTS，卷:4，文献号:5753，出版年:AUG 29 2014。
[0012]【4】Park Hyung Ju, Choi Nak-Jin, Kang Hyuntae 等，〈〈A ppb-levelformaldehyde gas sensor based on CuO nanocubes prepared using a polyolprocess)), SENSORS AND ACTUATORS B: CHEMICAL，卷:203，页:282-288，出版年:N0V 2014。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是克服现有以纳米氧化铜作为气敏材料的气体传感器对于低浓度特别是20ppm以下气体的灵敏度不够高的缺陷，提供一种对于低浓度气体仍具有高灵敏度的气体传感器。
[0014]本发明实现上述目的所采用的技术方案如下:
一种利用溶胶-凝胶法制备的高灵敏度气体传感器，所述气体传感器是以纳米氧化铜为气敏材料，其特征在于，所述纳米氧化铜通过溶胶-凝胶法制备得到，包括如下步骤:
(1)溶胶凝胶液的制备:以异丙醇为溶剂，一水合醋酸铜为溶质，乙醇胺为稳定剂，将异丙醇、醋酸铜和乙醇胺混合搅拌加热，冷却静置；
(2)溶胶凝胶液烘干后，加热至450?550°C，保温I?3小时，冷却。
[0015]进一步，步骤(I)中，所述一水合醋酸铜与异丙醇的用量比为Ig:(10-20) mL。
[0016]进一步，步骤(I)中，所述一水合醋酸铜与乙醇胺的质量比为1:(1_2)。
[0017]进一步，步骤(I)中，异丙醇、醋酸铜和乙醇胺混合加热至70-80°C，保温1-3小时。
[0018]进一步，步骤(2)，在空气气氛下保温。
[0019]进一步，步骤(2)以4-6°C /min的速度加热至450?550°C。
[0020]进一步，步骤(2)以2_4°C /min的速度冷却。
[0021]所述高灵敏度的气体传感器用于检测醇类、醛类、酮类、苯类气体。
[0022]进一步，所述醇类气体为甲醇、乙醇、丙醇等；所述醛类气体为甲醛、乙醛等；所述酮类气体为丙酮等；所述苯类气体为苯、甲苯、二甲苯。
[0023]本发明的有益效果:
与现有以纳米氧化铜作为气敏材料的气体传感器相比，本发明的气体传感器可显著提高对低浓度气体(如甲醇、乙醇、丙酮、甲醛等)的灵敏度，特别是浓度低至20ppm以下的灵敏度。
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