CN105651813A - 一种新型苯胺气体传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型苯胺气体传感器及其制备方法。所述传感器组成包括：绝缘陶瓷基片，设于绝缘陶瓷基片上的一对金属电极和金属引出导线以及喷涂于金属电极上的丁二酮肟镍纳米材料层。丁二酮肟镍纳米材料以NiCl2水溶液与丁二酮肟乙醇溶液在超声波存在下，室温至50℃反应制备。该传感器对苯胺有很好响应，响应和恢复快，免烧结，性能稳定，能在室温下工作。可以用来测定260-1300ppm浓度范围的苯胺蒸气。

Description

一种新型苯胺气体传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及传感器领域，具体地，涉及一种基于镍螯合物的苯胺气体传感器及其制备方法。
背景技术
气体检测***的核心是气体传感器，它通常安装在探测头内。气体传感器的本质是一种能将某种气体浓度信号转换成与其成一定关系的电量输出的转换器。其工作原理一般是气体分子与气敏材料表面发生吸附、脱附、催化燃烧、氧化还原等相互作用，使得材料的电化学性质发生改变，在外加电路下，通过对电路中电流、电压变化的测量，实现气体检测。气体传感器主要应用于有毒，可燃，易爆气体的泄漏检测和报警，防止因这些气体泄漏引起火灾、***和中毒事故。目前，使用最多的是金属氧化物半导体气体传感器，其优点是检测限度低，有些这类气体传感器的检测下限浓度达到ppb水平。这类气体传感器的缺点是工作温度高，能耗大和选择性差。基于金属螯合物的气体传感器不多，主要是以金属酞箐大环配合物作为敏感材料。
苯胺是重要的化工原料，主要用于医药和橡胶硫化促进剂，也是制造树脂和涂料的原料。苯胺对血液和神经的毒性非常强烈，易经皮肤吸收。主要引起高铁血红蛋白血症、溶血性贫血和肝、肾损害。急性中毒：患者***、指端、耳廓紫绀，有头痛、头晕、恶心、呕吐、手指发麻、精神恍惚等；重度中毒时，皮肤、粘膜严重青紫，呼吸困难，抽搐，甚至昏迷，休克。此外，苯胺与空气的混合物也易燃、易爆，***极限为1.3%~11.0%。研制能够在环境中快速、准确地检测苯胺的气体传感器，为治理空气环境提供必要的数据具有非常重要的现实意义。目前，能够检测苯胺的气体传感器很少。
超声波在制备无机纳米材料方面有着独特的作用，声化学方法已成为制备具有特殊性能新材料的一种有用的技术，声空化所引发的特殊物理,化学环境已为制备纳米材料提供了重要的途径，在制备方法上主要有,超声雾化分解法、金属有机物超声分解法、化学沉淀法和声电化学法等，逐渐形成了一门将超声波技术与化学紧密结合的新科学-超声化学。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用超声波技术制备丁二酮肟镍纳米材料的方法和一种基于丁二酮肟镍纳米材料的新型苯胺气体传感器。
本发明所提供的苯胺气体传感器依次由绝缘基片、一对金属电极、金属引出导线以及丁二酮肟镍纳米材料层组成，其中丁二酮肟镍纳米材料层中包括聚乙烯醇粘结剂。
所述绝缘基片为三氧化二铝陶瓷方形基片。
所述金属电极是由金属Au所制成的叉指电极，两电极之间的距离为1mm。
所述金属引出线由金属Pt丝制成。
所述丁二酮肟镍纳米材料层的纳米粒子直径为80-200nm；所述丁二酮肟镍纳米材料层的厚度为50-120μm。
所述的苯胺气体传感器详细制备方法，包括下面步骤。
1）制备丁二酮肟镍纳米粒子，在30KHz的超声波下，将丁二酮肟乙醇溶液逐滴加入NiCl2水溶液中，反应温度为室温至50℃范围，NiCl2与丁二酮肟的摩尔比为2:1，待其反应完全，抽滤，得到鲜红色沉淀，用蒸馏水洗涤沉淀3次，将得到的丁二酮肟镍固体放入烘箱，在115℃烘干4小时。
2）将步骤1）制备的丁二酮肟镍纳米粒子与聚乙烯醇混合，研磨1-2小时，稀释后制成浆料。
3)将Au浆涂覆于清洗后的绝缘基片上制成叉指电极，烘干后焊接金属引出线。
4）将步骤2）制备的浆料用电动喷枪喷涂到金属电极和绝缘基片上制备成丁二酮肟镍纳米材料层，然后烘干得到传感器元件。
有益效果：本发明提供的苯胺气体传感器具有响应和恢复快，性能稳定，制作简单，不需要烧结，室温下工作的优点。
附图说明
图1为所述苯胺气体传感器曝露于一系列无机气体和有机挥发性气体的响应度。
图2为实施例1制备的苯胺气体传感器的响应度随苯胺浓度变化曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进一步详细描述，但本发明并不局限于此。
实施例1。
1）称取2.32克(0.02摩尔)丁二酮肟，放入250毫升烧杯中，加100毫升乙醇溶解制成丁二酮肟乙醇溶液。另取2.37克（0.01摩尔）NiCl2·6H2O，放入250毫升烧杯中，加100毫升蒸馏水溶解解制成NiCl2水溶液，将盛有NiCl2水溶液的烧杯放入超声波恒温水浴锅中，加热至50℃，调超声波频率到30KHz，将丁二酮肟乙醇溶液逐滴加入NiCl2水溶液中，丁二酮肟与NiCl2的摩尔比为2:1。待其反应完全，冷却至室温，抽滤，得到鲜红色沉淀。用蒸馏水洗涤沉淀3次，将得到的丁二酮肟镍固体放入烘箱，在115℃烘干4小时。
2）将步骤1）制备的干燥丁二酮肟镍与0.05%的聚乙烯醇混合，研磨2小时，稀释后制成浆料。
3)取三氧化二铝陶瓷方形基片，放入浓度为6摩尔/升的氢氧化钠溶液煮沸15分钟，冷却后取出，用蒸馏水冲洗三遍，置于烘箱中烘干。将Au浆涂覆于清洗过的氧化二铝陶瓷基片上制成叉指电极，烘干，然后将直径0.1mm的Pt丝焊接到电极上作为引出线。
4）将步骤2）制备的浆料用电动喷枪喷涂到Au电极和三氧化二铝陶瓷基片上制备成厚度为50μm的丁二酮肟镍纳米材料层，在115℃烘干得到传感器元件。
实施例2。
1）称取2.32克(0.02摩尔)丁二酮肟，放入250毫升烧杯中，加100毫升乙醇溶解制成丁二酮肟乙醇溶液。另取2.37克（0.01摩尔）NiCl2·6H2O，放入250毫升烧杯中，加100毫升蒸馏水溶解解制成NiCl2水溶液，将盛有NiCl2水溶液的烧杯放入超声波恒温水浴锅中，调超声波频率到30KHz，在室温下将丁二酮肟乙醇溶液逐滴加入NiCl2水溶液中，丁二酮肟与NiCl2的摩尔比为2:1。待其反应完全，抽滤，得到鲜红色沉淀。用蒸馏水洗涤沉淀3次，将得到的丁二酮肟镍固体放入烘箱，在115℃烘干4小时。
2）将步骤1）制备的丁二酮肟镍纳米粒子与0.1%的聚乙烯醇混合，研磨1小时，稀释后制成浆料。
3)取三氧化二铝陶瓷方形基片，放入浓度为6摩尔/升的氢氧化钠溶液煮沸10分钟，冷却后取出，用蒸馏水冲洗三遍，置于烘箱中烘干。将Au浆涂覆于清洗过的三氧化二铝陶瓷基片上制成叉指电极，烘干，然后将直径0.1mm的Pt丝焊接到电极上作为引出线。
4）将步骤2）制备的浆料用电动喷枪喷涂到Pt电极和三氧化二铝陶瓷基片上制备成厚度为120μm的丁二酮肟镍纳米材料层，在105℃烘干得到传感器元件。

Claims (7)

1.一种新型苯胺气体传感器，其特征在于：依次由绝缘陶瓷基片、一对金属电极、金属引出导线以及镍螯合物材料层组成，其中镍螯合物材料层中包括一种聚乙烯醇粘结剂。
2.由权利要求1所述的苯胺气传感器，其特征在于：所述的镍螯合物材料层为丁二酮肟镍纳米材料。
3.由权利要求1所述的苯胺气传感器，其特征在于：所述的绝缘陶瓷基片为三氧化二铝方形绝缘陶瓷基片。
4.由权利要求1所述的苯胺气体传感器，其特征在于：所述的金属电极由金属Au制成的叉指电极，两电极之间的距离为1mm。
5.由权利要求1所述的苯胺气体传感器，其特征在于：所述的金属引出线是金属Pt丝。
6.由权利要求1所述的苯胺气体传感器，其特征在于：所述丁二酮肟镍纳米材料层的纳米粒子直径为80-200nm；所述丁二酮肟镍纳米材料层的厚度为50-120μm。
7.制备权利要求1-5中任一项所述苯胺气体传感器的制备方法，包括下面步骤：
1）制备丁二酮肟镍纳米粒子，在30KHz的超声波下，将丁二酮肟乙醇溶液逐滴加入NiCl2水溶液中，反应温度为室温至50℃范围，丁二酮肟与NiCl2的摩尔比为2:1，待其反应完全，抽滤，得到鲜红色沉淀，用蒸馏水洗涤沉淀3次，将得到的丁二酮肟镍固体放入烘箱，在115℃烘干4小时；
2）将步骤1）制备的丁二酮肟镍纳米粒子与粘结剂混合，研磨1-2小时，稀释后制成浆料；
3)将Au浆涂覆于清洗后的绝缘陶瓷基片，烘干后焊接金属引出线；
4）将步骤2）制备的浆料用电动喷枪喷涂于金属电极和绝缘陶瓷基片上制备成丁二酮肟镍纳米材料层，然后105-115℃烘干得到传感器元件。
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