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原文传递掺氧化锌的二氧化钛纳米材料的乙炔气体传感器及其制法

专利名称：	掺氧化锌的二氧化钛纳米材料的乙炔气体传感器及其制法
摘要：	本发明涉及一种掺氧化锌的二氧化钛纳米材料的乙炔气体传感器及其制法，属于气体传感器技术领域。由掺杂ZnO的TiO2纳米材料、带有金电极的陶瓷管、镍‑铬加热丝、铂导线、传感器底座、外罩和套环组成，其中铂导线焊接在陶瓷管的金电极上，镍‑铬加热丝穿过陶瓷管并焊接于传感器底座上，电阻约30Ω；传感器的敏感材料ZnO/TiO2纳米材料；外罩和套环安装在传感器底座上。采用ZnO/TiO2作为敏感材料，减轻TiO2纳米材料的团聚现象，增加比表面积，从而提高氧的吸附数量和反应速率，有效的降低了工作温度，提高了灵敏度，缩短了响应‑恢复时间。工艺简单、制得气敏元件体积小、响应‑恢复时间快，具有重要的应用价值。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	仲志成;韩雪;刘奎元;林君
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-14T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910396898.1
公开号：	CN110044975A
代理机构：	吉林长春新纪元专利代理有限责任公司
代理人：	王怡敏
分类号：	G01N27/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	130000 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.一种掺氧化锌的二氧化钛纳米材料的乙炔气体传感器，其特征在于：由掺杂ZnO的TiO2纳米材料、带有金电极的陶瓷管、镍-铬加热丝、铂导线、传感器底座、外罩套环组成，其中铂导线焊接在陶瓷管的金电极上，镍-铬加热丝穿过陶瓷管并焊接于传感器底座上，电阻约30Ω；传感器的敏感材料为ZnO/TiO2纳米材料；外罩和套环安装在传感器底座上。 2.根据权利要求1所述的掺氧化锌的二氧化钛纳米材料的乙炔气体传感器，其特征在于：所述的ZnO/TiO2纳米材料的粒径为100~300nm，比表面积为16.07~20.62m2/g，颗粒尺寸均匀，且颗粒之间存在缝隙和孔洞。 3.根据权利要求1或2所述的掺氧化锌的二氧化钛纳米材料的乙炔气体传感器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤（1）、二氧化钛纳米材料的制备采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛纳米材料：将钛酸丁酯与无水乙醇混合均匀形成溶液A；将盐酸滴入无水乙醇和去离子水溶液中形成溶液B，使得溶液B的pH值为2~3；溶液A中钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为3:5，钛酸丁酯体积为5~10mL；溶液B中无水乙醇与去离子水的体积比为5:1，去离子水体积为1~5mL；盐酸体积为0.1~0.5mL；将溶液B缓慢滴入溶液A中，磁力搅拌5小时后得到淡黄色透明溶液；将得到的淡黄色透明溶液在常温下陈化24小时后放置于恒温水浴箱内，于25℃下恒温加热48小时；再将其转移至电热恒温干燥箱干燥；将所得产物放入马弗炉中，在400℃下烧结1～3个小时，得到二氧化钛纳米材料；步骤（2）、掺氧化锌的二氧化钛纳米材料的制备采用水热法制备掺氧化锌的二氧化钛纳米材料：室温条件下，首先称取步骤（1）得到的二氧化钛纳米材料与二水合乙酸锌溶液、去离子水和无水乙醇混合得到二氧化钛和二水合乙酸锌的混合溶液；再称取氢氧化钠颗粒于另一烧杯中并用去离子水使其充分溶解得到氢氧化钠溶液，把所得氢氧化钠溶液滴入到二氧化钛和二水合乙酸锌的混合溶液中，磁力搅拌1小时后得到白色溶液；二氧化钛、二水合乙酸锌、氢氧化钠的摩尔比为40:2~5:4~10，去离子水与无水乙醇的体积比为2:1，无水乙醇体积为5~10mL；将白色溶液置于超声波清洗器中持续清洗30分钟，把清洗后的白色溶液装入反应釜中，再将反应釜放入电热恒温干燥箱中干燥；将反应釜冷却至室温，对反应产物离心机离心，并用无水乙醇和去离子水洗涤白色溶液；滤掉上层清液后得到沉淀物质；将沉淀置于玻璃器皿中，放置于干燥箱，设置温度为60℃，干燥12小时，得到掺杂氧化锌的二氧化钛纳米材料；（3）、气敏器件的制备取2g~5g掺杂氧化锌的二氧化钛纳米材料放入玛瑙研钵中，研磨4~5小时后，加入去离子水和无水乙醇，充分研磨，调制成糊状；使用细丝穿过陶瓷管芯将陶瓷管芯架起，使用涂料笔将敏感材料涂覆至陶瓷管芯的外表面，涂覆均匀，且完全盖住金电极，涂覆完毕后自然阴干或放入烘箱中进行低温干燥，待其冷却至常温后取出；将镍-铬加热丝穿过陶瓷管，随后将加热丝与铂电极的引线分别焊接在传感器底座上，安装外罩和套环，最后将传感器在100毫安电流下老化0~30天以使传感器在实验过程中能够具有更好的重复性和稳定性；从而得到以掺杂氧化锌的二氧化钛纳米材料为敏感材料的气体传感器。 4.根据权利要求3所述的掺氧化锌的二氧化钛纳米材料的乙炔气体传感器的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，将稀释后的盐酸溶液缓慢滴入钛酸丁酯与无水乙醇混合溶液中，滴入速度为20滴/分。 5.根据权利要求3所述的掺氧化锌的二氧化钛纳米材料的乙炔气体传感器的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，干燥箱内温度从20℃匀速升温至80℃，速度为4℃/分钟，在80℃下恒温加热5个小时。 6.根据权利要求3所述的掺氧化锌的二氧化钛纳米材料的乙炔气体传感器的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，干燥箱内温度从20℃匀速升温至100℃，速度为4℃/分钟，在100℃下恒温加热12~24小时。
所属类别：	发明专利