CN113155908A - 基于Cr掺杂的NiO纳米颗粒气体传感器元件及其制备方法与应用 - Google Patents

基于Cr掺杂的NiO纳米颗粒气体传感器元件及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于Cr掺杂的NiO纳米颗粒气体传感器及其制备方法与应用。本发明气体传感器元件，以Cr掺杂的NiO纳米颗粒为气敏材料。Cr掺杂的NiO纳米颗粒的粒径为5～10nm。以原子百分含量计，Cr掺杂的NiO纳米颗粒中Cr的掺杂量为0～35％，但不为0，优选20％～30％，更优选25％。本发明气体传感器在较低温度下对苯系物具有优异的性能，对苯胺、三甲苯、甲苯、苄硫醇最低检测浓度小于1ppm，其中对苄硫醇在100ppb的响应值达到10.8，可实现ppb级高灵敏检测，在环境监测、香精制造、除草剂和杀虫剂的制备以及硫化矿浮选药剂的合成等多个领域的有巨大的应用前景。

Description

基于Cr掺杂的NiO纳米颗粒气体传感器元件及其制备方法与 应用
技术领域
本发明属于气体传感器技术领域，尤其涉及基于Cr掺杂的NiO纳米颗粒气体传感器元件及其制备方法与应用。
背景技术
VOCs，即挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds)，当人类所处环境内VOCs达到一定浓度时，会对人体免疫***、呼吸***、内分泌***和神经***等造成伤害，严重危害人们的身体健康。因此，制造高性能的VOCs气体传感器对于环境监测和人体健康保护具有重要而迫切的意义。在众多种类的气体传感器中，金属氧化物半导体气体传感器是利用待测气体与气敏材料相互作用时，引起电导率改变，以此来分析气体的种类和浓度，具有低成本、易制备、低功耗、高灵敏等优点，已被广泛应用于国民经济的各行业和军事、科研等领域。
然而，现有的VOCs气体传感器的气敏性能有限，存在工作温度高，灵敏度低，选择性差，机械稳定性差等问题，严重制约了它的实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供基于Cr掺杂的NiO纳米颗粒气体传感器元件及其制备方法与应用。
本发明提供的气体传感器元件，以Cr掺杂的NiO纳米颗粒为气敏材料。
上述的气体传感器元件中，所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒的粒径可为5～10nm。
上述的气体传感器元件中，以原子百分含量计，所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒中Cr的掺杂量可为0～35％，但不为0，优选20％～30％，更优选25％。
本发明以Cr掺杂的NiO纳米颗粒为气体敏感材料，富含氧空位和较高含量的高氧化态金属物种，可显著提高气敏性能。
上述的气体传感器元件中，所述气体传感器元件可包括电极基底和气体敏感膜；
所述电极基底包括绝缘衬底和固定在所述绝缘衬底表面的测试电极；所述测试电极包括叉指电极和加热电极；
所述气体敏感膜至少覆盖于所述叉指电极的表面；所述气体敏感膜由所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒制成。
上述的气体传感器元件中，所述绝缘衬底可为陶瓷片衬底。
上述的气体传感器元件中，所述叉指电极可为铂叉指电极或金叉指电极。
上述的气体传感器元件中，所述加热电极可为铂加热电极。
上述的气体传感器元件中，所述叉指电极和所述加热电极可固定在所述绝缘衬底的同一面。
本发明进一步提供了上述任一项所述的气体传感器元件的制备方法，包括如下步骤：
S1、提供电极基底；
S2、将Cr掺杂的NiO纳米颗粒和分散剂混合，得到分散液；
S3、将步骤S2中所述分散液覆在步骤S1中所述电极基底的表面，煅烧，得到所述气体传感器元件。
上述的制备方法中，步骤S2中，所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒和所述分散剂的质量比可为1：(2～10)，具体可为1：2、1：5、1：8或1：10。本发明方法中，可通过调节所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒和所述分散剂的质量比以及丝网印刷次数来调节所述气体敏感膜的厚度。
所述分散剂可为乙醇、乙二醇和丙三醇中的至少一种。
上述的制备方法中，步骤S2中，所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒通过如下步骤制备得到：
S21、在水、镍盐、铬盐和六次甲基四胺组成的溶液中加入乙醇胺，得到混合液；
S22、使所述混合液进行水热反应，反应完毕，收集沉淀；将所述沉淀干燥，得到Cr掺杂的NiO纳米颗粒前驱体；
S23、将所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒前驱体煅烧，得到所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒。
上述的制备方法，步骤S21中，所述水、镍盐、铬盐、六次甲基四胺和乙醇胺的比例可为30mL：0.475g：(0.080～0.187)g：0.28g：2mL，具体可为30mL：0.475g：(0.107～0.160)g：0.28g：2mL、30mL：0.475g：0.080g：0.28g：2mL、30mL：0.475g：0.107g：0.28g：2mL、30mL：0.475g：0.133g：0.28g：2mL、30mL：0.475g：0.160g：0.28g：2mL或30mL：0.475g：0.187g：0.28g：2mL。
所述镍盐可为水溶性镍盐，如六水合氯化镍、六水合硝酸镍或六水合硫酸镍。
所述铬盐可为水溶性铬盐，如六水合三氯化铬或九水合硝酸铬。
上述的制备方法，步骤S22中，所述水热反应的温度可为150～190℃(如180℃)，时间可为6～10h(如8小时)。
上述的制备方法，步骤S23中，所述煅烧的条件如下：升温速率可为2～10℃/min(如5℃/min)，煅烧温度可为350～550℃(如500℃)，时间可为2～4h(如3h)。
上述的制备方法中，步骤S3中，可通过丝网印刷将所述分散液覆在步骤S1中所述电极基底的表面。
上述的制备方法中，步骤S3中，所述煅烧的条件如下：升温速率可为2～10℃/min(如5℃/min)，煅烧温度可为200～400℃(如300℃)，煅烧时间可为3～8h(如5h)。
本发明还提供了上述任一项所述的气体传感器元件在下述A1-A3的任一种中的应用：
A1、制备挥发性有机化合物气体传感器；
A2、制备苯系物气体传感器；
A3、制备苯胺气体传感器、三甲苯气体传感器、二甲苯气体传感器、甲苯气体传感器或苄硫醇气体传感器。
包括上述任一项所述的气体传感器元件的气体传感器，也在本发明的保护范围内。
上述的气体传感器中，所述气体传感器可为下述B1-B3中的任一种：
B1、挥发性有机化合物(VOCs)气体传感器；
B2、苯系物气体传感器；
B3、苯胺气体传感器、三甲苯气体传感器、二甲苯气体传感器、甲苯气体传感器或苄硫醇气体传感器。
本发明气体传感器的最低检测浓度小于1ppm。其中，对苄硫醇在100ppb的响应值达到10.8。工作温度可为190～210℃，优选200℃。
Cr掺杂的NiO纳米颗粒在作为气体传感器气敏材料中的应用，也在本发明的保护范围内。
上述的应用中，所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒的粒径可为5～10nm。
上述的应用中，以原子百分含量计，所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒中Cr的掺杂量为0～35％，但不为0，优选20％～30％，更优选25％。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过调节Cr的引入，可以改变材料的高氧化态Ni物种含量和缺陷氧及吸附氧含量，显著提高材料的气敏性能。
(2)本发明气体传感器在较低温度下对苯系物具有优异的性能，对苯胺、三甲苯、甲苯、苄硫醇最低检测浓度小于1ppm，其中对苄硫醇在100ppb的响应值达到10.8，可实现ppb级高灵敏检测，在环境监测、香精制造、除草剂和杀虫剂的制备以及硫化矿浮选药剂的合成等多个领域的有巨大的应用前景。
(3)本发明通过水热反应和煅烧得到的金属氧化物的方法简单，易于操作，成本低廉，可以通过控制反应温度、反应时间以及反应前驱物的比例等实验参数实现不同Cr掺杂量的NiO纳米颗粒。
附图说明
图1为本发明的气体传感器的结构示意图。各数字标记如下：1-陶瓷片衬底、2-叉指电极、3-加热电极、4-气体敏感薄膜。
图2为实施例中的纳米颗粒的透射电子显微镜照片，其中，图2(a)为实施例1中NiO纳米颗粒的透射电子显微镜照片；图2(b)-图2(f)为实施例2-实施例6中Cr-NiO纳米颗粒的透射电子显微镜照片；图2g为实施例4中的Cr-NiO纳米颗粒的元素分布图，其中，Cr表示元素Cr的分布图，Ni表示元素Cr的分布图，O表示元素O的分布图。
图3为实施例中的纳米颗粒的X射线衍射图，其中，图3(a)为实施例1中NiO纳米颗粒的X射线衍射图；图3(b)-图3(f)为实施例2-6中Cr-NiO纳米颗粒的X射线衍射图。
图4为实施例中的纳米颗粒的Ni 2p X射线光电子能谱，其中，图4(a)为实施例1中NiO纳米颗粒的Ni 2p X射线光电子能谱；图4(b)-图4(f)为实施例2-6中Cr-NiO纳米颗粒的Ni 2p X射线光电子能谱。
图5为实施例中的纳米颗粒的O1s X射线光电子能谱，其中，图5(a)为实施例1中NiO纳米颗粒的O1s X射线光电子能谱；图5(b)-图5(f)分别为实施例2-6中的Cr-NiO纳米颗粒的O1s X射线光电子能谱。
图6为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6中的传感器在不同工作温度下对100ppb苄硫醇的灵敏度曲线。
图7为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6中的传感器在200℃下对不同气体的响应值雷达图。
图8为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6中传感器在200℃下对不同气体的选择因子柱状图。
图9为实施例4中的传感器在200℃下对100-1000ppb苄硫醇的响应曲线。
图10为实施例4中的传感器在200℃下对100-1000ppb苄硫醇的响应值-浓度拟合曲线。
图11为实施例4中的传感器在200℃下对100ppb苄硫醇气体稳定性测试。
具体实施方式
对此，本发明提供了一种气体传感器元件，它以Cr掺杂的NiO纳米颗粒为气敏材料。具体地，Cr掺杂的NiO纳米颗粒的粒径为5～10nm。具体地，以原子百分含量计，Cr掺杂的NiO纳米颗粒中Cr的掺杂量为0～35％，但不为0，优选20％～30％，更优选25％。本发明通过调节Cr的引入，可以改变材料的高氧化态Ni物种含量和缺陷氧及吸附氧含量，显著提高材料的气敏性能。本发明气体传感器在较低温度下对苯系物具有优异的性能，对苯胺、三甲苯、甲苯、苄硫醇最低检测浓度小于1ppm，其中对苄硫醇在100ppb的响应值达到10.8，可实现ppb级高灵敏检测。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于下述实施例。
如图1所示，本发明气体传感器元件包括铂电极陶瓷基底和气体敏感薄膜；铂电极陶瓷基底包括陶瓷片衬底1和测试电极；测试电极包括外圈的铂加热电极3和内圈的铂叉指电极2；气体敏感薄膜4至少覆盖于铂叉指电极的表面；气体敏感薄膜4由Cr掺杂的NiO纳米颗粒制成。
下述实施例中采用平板状基片(TC-5010)，其结构如图1所示。基片尺寸为30mm×6mm×0.625mm，中心叉指电极直径3.6mm，用于制备气体敏感材料膜，叉指电极外设计有一个直径为5mm的加热丝，由程序控制将内部敏感材料膜加热到指定工作温度。基片材质Al2O3，电极及加热丝均为Pt。
实施例1、制备以NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件
按照如下步骤制备以NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件：
(1)用水、乙醇和丙酮依次超声清洗图1所示平板状基片表面，60℃烘干；
(2)在50mL烧杯中加入30mL去离子水、0.475g六水合氯化镍，0.28g六次甲基四胺，搅拌15min，加入2mL乙醇胺，继续搅拌20min得到混合液，上述溶液在180℃条件下水热反应8小时，冷却至室温后经离心洗涤干燥得到NiO前驱体；
(3)然后将步骤(2)制备的NiO前驱体在马弗炉中进行煅烧处理，煅烧条件为：以5℃/min的升温速率由室温升至500℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到NiO纳米颗粒。
(4)将步骤(3)得到的NiO纳米颗粒与丙三醇按照质量分数1：5研磨混合均匀，通过丝网印刷覆在经步骤(1)处理的平板状基片上。
(5)将步骤(4)制备得到的覆有NiO纳米颗粒的铂电极陶瓷基底在马弗炉中煅烧，煅烧条件为：以5℃/min的升温速率由室温升至300℃，保温5h，随后自然冷却至室温，得到气体传感器元件。
本实施例中，步骤(3)制备得到的NiO纳米颗粒的透射电子显微镜照片如图2(a)所示，X射线衍射图如图3(a)所示，Ni 2p X射线光电子能谱如图4(a)所示，O 1s X射线光电子能谱如图5(a)所示。
实施例2、制备以15％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件
按照如下步骤制备以15％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件：
(1)用水、乙醇和丙酮依次超声清洗图1所示平板状基片表面，60℃烘干；
(2)在50mL烧杯中加入30mL去离子水，0.475g六水合氯化镍，0.080g六水合三氯化铬，0.28g六次甲基四胺，搅拌15min，加入2mL乙醇胺，继续搅拌20min得到混合液，上述溶液在180℃条件下水热反应8小时，冷却至室温后经离心洗涤干燥得到Cr-NiO前驱体；
(3)然后将步骤(2)制备的Cr-NiO前驱体在马弗炉中进行煅烧处理，煅烧条件为：以5℃/min的升温速率由室温升至500℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到Cr-NiO纳米颗粒。
(4)将步骤(3)得到的Cr-NiO纳米颗粒与丙三醇按照质量分数1：5研磨混合均匀，通过丝网印刷覆在经步骤(1)处理的平板状基片上。
(5)将步骤(4)制备得到的覆有Cr-NiO纳米颗粒的铂电极陶瓷基底在马弗炉中煅烧，煅烧条件为：以5℃/min的升温速率由室温升至300℃，保温5h，随后自然冷却至室温，得到以15％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件。
本实施例中，步骤(3)制备得到的Cr-NiO纳米颗粒的透射电子显微镜照片如图2(b)所示，X射线衍射图如图3(b)所示，Ni 2p X射线光电子能谱如图4(b)所示，O 1s X射线光电子能谱如图5(b)所示。
实施例3、制备以20％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件
按照如下步骤制备以20％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件：
(1)用水、乙醇和丙酮依次超声清洗图1所示平板状基片表面，60℃烘干；
(2)在50mL烧杯中加入30mL去离子水，0.475g六水合氯化镍，0.107g六水合三氯化铬，0.28g六次甲基四胺，搅拌15min，加入2mL乙醇胺，继续搅拌20min得到混合液，上述溶液在180℃条件下水热反应8小时，冷却至室温后经离心洗涤干燥得到Cr-NiO前驱体；
(3)将步骤(2)制备的Cr-NiO前驱体在马弗炉中进行煅烧处理，煅烧条件为：以5℃/min的升温速率由室温升至500℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到Cr-NiO纳米颗粒。
(4)将步骤(3)得到的Cr-NiO纳米颗粒与丙三醇按照质量分数1：5研磨混合均匀，通过丝网印刷覆在经步骤(1)处理的平板状基片上。
(5)将步骤(4)制备得到的覆有Cr-NiO纳米颗粒的铂电极陶瓷基底在马弗炉中煅烧，煅烧条件为：以5℃/min的升温速率由室温升至300℃，保温5h，随后自然冷却至室温，得到以20％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件。
本实施例中，步骤(3)制备得到的Cr-NiO纳米颗粒的透射电子显微镜照片如图2(c)所示，X射线衍射图如图3(c)所示，Ni 2p X射线光电子能谱如图4(c)所示，O 1s X射线光电子能谱如图5(c)所示。
实施例4、制备以25％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件
按照如下步骤制备以25％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件：
(1)用水、乙醇和丙酮依次超声清洗图1所示平板状基片表面，60℃烘干；
(2)在50mL烧杯中加入30mL去离子水，0.475g六水合氯化镍，0.133g六水合三氯化铬，0.28g六次甲基四胺，搅拌15min，加入2mL乙醇胺，继续搅拌20min得到混合液，上述溶液在180℃条件下水热反应8小时，冷却至室温后经离心洗涤干燥得到Cr-NiO前驱体；
(3)然后将步骤(2)制备的Cr-NiO前驱体在马弗炉中进行煅烧处理，煅烧条件为：以5℃/min的升温速率由室温升至500℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到Cr-NiO纳米颗粒。
(4)将步骤(3)得到的Cr-NiO纳米颗粒与丙三醇按照质量分数1：5研磨混合均匀，通过丝网印刷覆在经步骤(1)处理的平板状基片上。
(5)将步骤(4)制备得到的覆有Cr-NiO纳米颗粒的铂电极陶瓷基底在马弗炉中煅烧，煅烧条件为：以5℃/min的升温速率由室温升至300℃，保温5h，随后自然冷却至室温，得到以25％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件。
本实施例中，步骤(3)制备得到的Cr-NiO纳米颗粒的透射电子显微镜照片如图2(d)所示；元素分布图如图2(g)所示，X射线衍射图如图3(d)所示，Ni 2p X射线光电子能谱如图4(d)所示，O 1s X射线光电子能谱如图5(d)所示。
实施例5、制备以30％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件
按照如下步骤制备以30％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件：
(1)用水、乙醇和丙酮依次超声清洗图1所示平板状基片表面，60℃烘干；
(2)在50mL烧杯中加入30mL去离子水，0.475g六水合氯化镍，0.160g六水合三氯化铬，0.28g六次甲基四胺，搅拌15min，加入2mL乙醇胺，继续搅拌20min得到混合液，上述溶液在180℃条件下水热反应8小时，冷却至室温后经离心洗涤干燥得到Cr-NiO前驱体；
(3)将步骤(2)制备的Cr-NiO前驱体在马弗炉中煅烧，煅烧条件为：以5℃/min的升温速率由室温升至500℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到Cr-NiO纳米颗粒。
(4)将步骤(3)得到的Cr-NiO纳米颗粒与丙三醇按照质量分数1：5研磨混合均匀，通过丝网印刷覆在经步骤(1)处理的平板状基片上。
(5)将步骤(4)制备得到的覆有Cr-NiO纳米颗粒的铂电极陶瓷基底在马弗炉中煅烧，煅烧条件为：以5℃/min的升温速率由室温升至300℃，保温5h，随后自然冷却至室温，得到以30％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件。
本实施例中，步骤(3)制备得到的Cr-NiO纳米颗粒的透射电子显微镜照片如图2(e)所示，X射线衍射图如图3(e)所示，Ni 2p X射线光电子能谱如图4(e)所示，O 1s X射线光电子能谱如图5(e)所示。
实施例6、制备以35％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件
按照如下步骤制备以35％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件
(1)用水、乙醇和丙酮依次超声清洗图1所示平板状基片表面，60℃烘干；
(2)在50mL烧杯中加入30mL去离子水，0.475g六水合氯化镍，0.187g六水合三氯化铬，0.28g六次甲基四胺，搅拌15min，加入2mL乙醇胺，继续搅拌20min得到混合液，上述溶液在180℃条件下水热反应8小时，冷却至室温后经离心洗涤干燥得到Cr-NiO前驱体；
(3)将步骤(2)制备的Cr-NiO前驱体在马弗炉中煅烧，煅烧条件为：以5℃/min的升温速率由室温升至500℃，保温3h，随后自然冷却至室温，得到Cr-NiO纳米颗粒。
(4)将步骤(3)得到的Cr-NiO纳米颗粒与丙三醇按照质量分数1：5研磨混合均匀，通过丝网印刷覆在经步骤(1)处理的平板状基片上。
(5)将步骤(4)制备得到的覆有Cr-NiO纳米颗粒的铂电极陶瓷基底在马弗炉中煅烧，煅烧条件为：以5℃/min的升温速率由室温升至300℃，保温5h，随后自然冷却至室温，得到35％Cr-NiO纳米颗粒为气敏材料的气体传感器元件。
本实施例中，步骤(3)制备得到的Cr-NiO纳米颗粒的透射电子显微镜照片如图2(f)所示。X射线衍射图如图3(f)所示，Ni 2p X射线光电子能谱如图4(f)所示，O 1s X射线光电子能谱如图5(f)所示。
实施例7、实施例1-6中制备得到的气体传感器元件的气敏性能及对VOCs的检测
以上实施例均采用武汉华创锐科科技有限公司的四通道材料气敏性能测量仪(型号为SD101)测试Cr掺杂NiO纳米材料的气敏性能。
将试样片安放到测试仪样品槽内，测试采用静态蒸发法配气***进行性能测试。静态蒸发法配气***是通过在配气腔中的加热台将一定量液体蒸发成合适浓度的待测气体，通过配气腔内的风扇将气体混合均匀，通过程序控制将敏感材料膜加热到指定工作温度并实时监控材料的电阻变化。气体浓度通过以下公式计算而来：
Figure BDA0002993874130000081
公式(1)中，c(ppm)为待测气体浓度，ρ(g/L)为待测气体密度，V1(μL)为配置一定浓度待测气体所需体积，V2(L)为静态蒸发法配气腔的体积，M(g/mol)为待测气体的分子质量，其中静态蒸发法配气腔的体积V2(L)为40L。
1、灵敏度
将实施例1-实施例6中制备得到的气体传感器元件置于SD101型四通道材料气敏性能测试仪中，在通过程序控制敏感材料的工作温度，通过静态配气得到100ppb的苄硫醇气体，在不同工作温度下分别测试不同传感器在100ppb苄硫醇中的阻值Rg和空气中的阻值Ra，以Rg/Ra为响应值，制作不同工作温度下的响应曲线。其中100ppb苄硫醇是先通过丙酮稀释10倍，再经静态蒸发得到，所需蒸发量为0.22μL。
实验结果如图6所示，由图可以看出，本发明气体传感器在200℃下的灵敏度最高，因此工作温度优选200℃，Cr的掺杂量优选20％～30％，更优选25％。
2、对不同气体的响应
不同目标气体浓度通过上述公式(1)计算，其中，1000ppb苄硫醇、苯胺、三甲苯、二甲苯、甲苯、苯、乙醇和丙酮所需液体量分别为0.22μL，0.16μL，0.25μL，0.22μL，0.19μL，0.16μL，0.1μL，0.13μL，所需液体均可从商业途径得到。监控不同传感器在待测气体中的电阻值Rg和空气中的电阻值Ra，通过Rg/Ra得到对1000ppb各种气体的响应值。
实验结果如图7可以看出，本发明气体传感器元件对VOCs，尤其是对苯系物具有优异的性能，如苄硫醇、苯胺、三甲苯、二甲苯、甲苯。其中对苄硫醇有极高的响应值，超出已有报道。
通过计算在一定工作温度下不同传感器对苄硫醇和其他气体的响应值可以得到苄硫醇响应因子，响应因子越大，表明选择性越强。
实验结果如图8所示，可以看出，本发明气体传感器元件不仅对多种VOCs表现出优异的性能，对苄硫醇具有很好的选择性，可以用于ppb级低浓度苄硫醇的检测，在环境监测、香精制造、除草剂和杀虫剂的制备以及硫化矿浮选药剂的合成等多个领域的有巨大的应用前景。
3、响应曲线及拟合曲线
使用实施例4中的传感器元件在200℃下测试100-1000ppb苄硫醇在不同浓度下的电阻值，实验结果如图9所示。以Rg/Ra为纵坐标，苄硫醇的浓度为横坐标，制作苄硫醇的响应值-浓度拟合曲线，实验结果如图10所示。
4、稳定性测试
使用实施例4中的传感器在200℃下对100ppb苄硫醇气体稳定性进行测试，实验结果如图11所示。本发明气体传感器的稳定性长达6个月以上。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心技术，并不是对本申请的范围限制。对于本领域的技术人员来说，凡在本申请原理以内的任何修改，替换，改进等，均在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种气体传感器元件，其特征在于：以Cr掺杂的NiO纳米颗粒为气敏材料。
2.根据权利要求1所述的气体传感器元件，其特征在于：所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒的粒径为5～10nm；和/或，
以原子百分含量计，所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒中Cr的掺杂量为0～35％，但不为0。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器元件，其特征在于：所述气体传感元件包括电极基底和气体敏感膜；
所述电极基底包括绝缘衬底和固定在所述绝缘衬底表面的测试电极；所述测试电极包括叉指电极和加热电极；
所述气体敏感膜至少覆盖于所述叉指电极的表面；所述气体敏感膜由所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒制成。
4.权利要求1-3中任一项所述的气体传感器元件的制备方法，包括如下步骤：
S1、提供电极基底；
S2、将Cr掺杂的NiO纳米颗粒和分散剂混合，得到分散液；
S3、将步骤S2中所述分散液覆在步骤S1中所述电极基底的表面，煅烧，得到所述气体传感器元件。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒和所述分散剂的质量比为1：(2～10)；
所述分散剂为乙醇、乙二醇和丙三醇中的至少一种。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒通过如下步骤制备得到：
S21、在水、镍盐、铬盐和六次甲基四胺组成的溶液中加入乙醇胺，得到混合液；
S22、使所述混合液进行水热反应，反应完毕，收集沉淀；将所述沉淀干燥，得到Cr掺杂的NiO纳米颗粒前驱体；
S23、将所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒前驱体煅烧，得到所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒；
步骤S21中，所述水、镍盐、铬盐、六次甲基四胺和乙醇胺的比例为30mL：0.475g：(0.080～0.187)g：0.28g：2mL；和/或，
步骤S22中，所述水热反应的温度为150～190℃，时间为6～10h；和/或，
步骤S23中，所述煅烧的条件如下：升温速率为2～10℃/min，煅烧温度为350～550℃，时间为2～4h。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中，通过丝网印刷将所述分散液覆在步骤S1中所述电极基底的表面；和/或，
所述煅烧的条件如下：升温速率为2～10℃/min，煅烧温度为200～400℃，煅烧时间为3～8h。
8.权利要求1-3中任一项所述的气体传感器元件在下述A1-A3的任一种中的应用：
A1、制备挥发性有机化合物气体传感器；
A2、制备苯系物气体传感器；
A3、制备苯胺气体传感器、三甲苯气体传感器、二甲苯气体传感器、甲苯气体传感器或苄硫醇气体传感器。
9.一种气体传感器，它包括权利要求1-3中任一项所述的气体传感器元件。
10.根据权利要求9所述的气体传感器，其特征在于：所述气体传感器为下述B1-B3中的任一种：
B1、挥发性有机化合物气体传感器；
B2、苯系物气体传感器；
B3、苯胺气体传感器、三甲苯气体传感器、二甲苯气体传感器、甲苯气体传感器或苄硫醇气体传感器。
11.Cr掺杂的NiO纳米颗粒在作为气体传感器气敏材料中的应用。
12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于：所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒的粒径为5～10nm；和/或，
以原子百分含量计，所述Cr掺杂的NiO纳米颗粒中Cr的掺杂量为0～35％，但不为0。
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