CN105651835A - 一种甲醇气体传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甲醇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和绝缘陶瓷基片上的气敏材料层。其中气敏材料层由氧化石墨烯掺杂Sn（bipyO₂）₂Cl₂材料组成。制备方法如下：取100份重的Sn（bipyO₂）₂Cl₂固体，研磨3小时，然后在去离子水中超声均匀分散，另取0.1-0.5份重的氧化石墨烯，在去离子水中超声均匀分散后，超声波震动下缓慢加入到Sn（bipyO₂）₂Cl₂的分散***中。蒸发掉适量的水。将所得溶胶喷涂到叉指电极和绝缘基片上，干燥4小时。该传感器具有选择性好，响应度高，响应和恢复快，免烧结，能在室温下工作的优点。

Description

一种甲醇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，涉及一种甲醇气体传感器及其制备方法，该传感器基于氧化石墨烯掺杂Sn（bipyO₂）₂Cl₂气敏材料。

背景技术

气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被仪器仪表、计算机等利用的信息的装置，其种类包括：半导体气体传感器、电化学气体传感器、催化燃烧式气体传感器、热导式气体传感器、红外线气体传感器等。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。随着人们生活水平的不断提高和对环保的日益重视，对各种有毒、有害气体的探测，对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测都对气体传感器提出了更高的要求。一些新材料研制技术—纳米、薄膜技术等的成功应用,为气体传感器集成化和智能化提供了很好的前提条件。气体传感器将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。研制全自动数字式智能气体传感器将是该领域的重要研究方向。

甲醇有较强的毒性，且无色有酒精气味易挥发。对人体的神经***和血液***影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。急性中毒症状有：头疼、恶心、胃痛、疲倦、视力模糊以至失明，继而呼吸困难，最终危及生命。然而，甲醇又是基础有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。近年来,我国因甲醇引发的安全事故很多，造成了很大的生命财产损失。因此，国家安监局规定，在使用甲醇的工厂车间必须安装甲醇气体报警器，以保护工人安全。目前使用的甲醇传感器选择性欠佳。

发明内容

本发明的目的在于针对现有气体传感器的不足，提供一种基于氧化石墨烯掺杂Sn（bipyO₂）₂Cl₂气敏材料的甲醇气体传感器及其制备方法。

本发明所提供甲醇气体传感器依次由绝缘基片、一对金属电极、金属引出导线以及气敏材料层组成，其中气敏材料层材料层中包括聚乙烯醇粘结剂。

所述的气敏材料层由氧化石墨烯掺杂Sn（bipyO₂）₂Cl₂材料组成。

石墨烯的微片大小500nm-5μm，厚度0.8-3.5纳米。

所述气敏材料层厚度为10-60μm。

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。

所述甲醇气体传感器气体传感器详细制备方法，包括下面步骤。

1）制备氧化石墨烯掺杂Sn（bipyO₂）₂Cl₂材料，取100份重的Sn（bipyO₂）₂Cl₂固体，研磨3小时，然后在去离子水中超声均匀分散，另取0.1-0.5份重的氧化石墨烯，在去离子水中超声均匀分散后，超声波震动下缓慢加入到Sn（bipyO₂）₂Cl₂的分散液中，蒸发掉适量的水，得到溶胶。

2)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。

3）将步骤1）制备的石墨烯掺杂Sn（bipyO₂）₂Cl₂的溶胶用电动喷枪喷涂于金属电极和绝缘陶瓷基片上制备成气敏材料层，然后150℃烘干得到传感器元件。

有益效果：本发明提供的甲醇气体传感器具有具有选择性好，响应度高，响应和恢复快，免烧结，能在室温下工作的优点。

附图说明

图1为所述甲醇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制备的甲醇气体传感器的响应度随甲醇浓度变化曲线。

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）取100份重的Sn（bipyO₂）₂Cl₂固体，研磨3小时，然后在30kHz超声波下，于去离子水中均匀分散；另取0.1份重的氧化石墨烯，在30kHz超声下，于去离子水中超声均匀分散后，在超声波下缓慢加入到Sn（bipyO₂）₂Cl₂的分散液中，蒸发掉百分之八十，再加入0.1%的聚乙烯醇，得到溶胶。

2)取三氧化二铝陶瓷圆形基片，放入浓度为6摩尔/升的氢氧化钠溶液煮沸30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。

3）将步骤1）制备的石墨烯掺杂Sn（bipyO₂）₂Cl₂的水溶胶用电动喷枪喷涂于金属电极和绝缘陶瓷基片上制备成气敏材料层，然后150℃烘干得到传感器元件。

实施例2。

1）取100份重的Sn（bipyO₂）₂Cl₂固体，研磨3小时，然后在40kHz超声波下，于去离子水中均匀分散；另取0.5份重的氧化石墨烯，在40kHz超声波下，于去离子水中超声均匀分散后，在超声波下缓慢加入到Sn（bipyO₂）₂Cl₂的分散液中，蒸发掉三分之二的水，再加入0.1%的聚乙烯醇，得到溶胶。

2)取三氧化二铝陶瓷圆形基片，放入浓度为6摩尔/升的氢氧化钠溶液煮沸30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。

3）将步骤1）制备的石墨烯掺杂Sn（bipyO₂）₂Cl₂的溶胶用电动喷枪喷涂于金属电极和绝缘陶瓷基片上制备成气敏材料层，然后150℃烘干得到传感器元件。

Claims (8)

1.一种甲醇气体传感器，其特征在于：依次由绝缘陶瓷基片、一对金属电极、金属引出导线以及气敏材料层组成，其中气敏材料层中包括一种聚乙烯醇粘结剂。

2.由权利要求1所述的甲醇气传感器，其特征在于：所述的气敏材料层由氧化石墨烯掺杂Sn（bipyO₂）₂Cl₂材料组成。

3.由权利要求1所述的甲醇气传感器，其特征在于：所述石墨烯的微片大小500nm-5μm，厚度0.8-3.5纳米。

4.由权利要求1所述的甲醇气传感器，其特征在于：所述气敏材料层厚度为10-60μm。

5.由权利要求1所述的甲醇传感器，其特征在于：所述的绝缘陶瓷基片为三氧化二铝圆形绝缘陶瓷基片。

6.由权利要求1所述的甲醇气体传感器，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。

7.由权利要求1所述的甲醇气体传感器，其特征在于：所述的金属引出线是金属Pt丝。

8.制备权利要求1-6中任一项所述甲醇气体传感器的制备方法，包括下面步骤：

1）制备氧化石墨烯掺杂Sn（bipyO₂）₂Cl₂材料，取100份重的Sn（bipyO₂）₂Cl₂固体，研磨3小时，然后在去离子水中超声均匀分散，另取0.1-0.5份重的氧化石墨烯，在去离子水中超声均匀分散后，超声波震动下缓慢加入到Sn（bipyO₂）₂Cl₂的分散液中，蒸发掉适量的水得到溶胶；

2)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；

3）将步骤1）制备的石墨烯掺杂Sn（bipyO₂）₂Cl₂的溶胶用电动喷枪喷涂于金属电极和绝缘陶瓷基片上制备成气敏材料层，然后150℃烘干得到传感器元件。