本發(fā)明涉及氣體檢測，尤其涉及一種半導(dǎo)體氣敏材料及其制備方法、傳感器和四足機(jī)器人應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今科技迅速發(fā)展的時代背景下，對于深井隧道、有限空間等復(fù)雜環(huán)境中存在的有毒有害氣體如氨氣、一氧化碳等進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的檢測顯得尤為重要。這類環(huán)境往往由于空間限制、環(huán)境條件惡劣以及人工作業(yè)的高風(fēng)險性，使得傳統(tǒng)的檢測方法難以實施。四足機(jī)器人憑借其獨特的仿生設(shè)計，能夠在復(fù)雜地形中靈活移動，克服了傳統(tǒng)輪式或履帶式機(jī)器人在某些特殊環(huán)境中受限的難題。同時，結(jié)合先進(jìn)的氣體檢測技術(shù)，四足機(jī)器人能夠?qū)崟r檢測并傳輸環(huán)境中的有毒有害氣體數(shù)據(jù)，為工作人員提供及時準(zhǔn)確的信息支持，確保作業(yè)安全。此外，四足機(jī)器人的應(yīng)用還能有效減少人力投入，提高作業(yè)效率，降低生產(chǎn)成本，對于推動相關(guān)行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

2、傳感器技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使得有毒氣體檢測儀的檢測精度和靈敏度得到提高，新型傳感器的應(yīng)用使得檢測儀器的響應(yīng)速度更快，誤報率更低，并能夠同時檢測多種有害氣體。許多工作為開發(fā)高性能的常溫氣體傳感器做出了不懈的努力，例如通過合成多種納米結(jié)構(gòu)來利用低維結(jié)構(gòu)的獨特傳感機(jī)制。然而，這些氣體傳感器在常溫下的傳感性能是有限的，尤其是針對有毒氣體檢測方面。例如，一些傳感器表現(xiàn)出足夠的靈敏度，但響應(yīng)/恢復(fù)時間很長，甚至不能恢復(fù)至初始電阻。一些傳感器靈敏度高、響應(yīng)/恢復(fù)時間短，但表現(xiàn)出較差的穩(wěn)定性和氣體選擇性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種半導(dǎo)體氣敏材料及其制備方法、傳感器和四足機(jī)器人應(yīng)用。

2、本發(fā)明的一種半導(dǎo)體氣敏材料的制備方法，包括如下步驟：

3、s1、將六水合硝酸鈷、2-甲基咪唑配體分別溶于溶劑；再將2-甲基咪唑溶液緩慢滴加到硝酸鈷溶液中，反應(yīng)完成后，對產(chǎn)物離心、洗滌、干燥得zif-67；

4、s2、將zif-67粉末超聲分散于甲醇中以形成白色均勻懸濁液，然后依次在白色均勻懸濁液中加入硝酸銀、氯鈀酸，攪拌、靜置、離心、干燥得白色粉末；

5、s3、將白色粉末在400~600℃下進(jìn)行煅燒2~4?h，自然冷卻后得半導(dǎo)體氣敏材料ag-pa/coo。

6、進(jìn)一步的，半導(dǎo)體氣敏材料ag-pa/coo中，co、ag、pa的摩爾比為1~3：1~3：1~3。

7、進(jìn)一步的，步驟s2中，持續(xù)攪拌1~3?h后，靜置?24~48?h。

8、進(jìn)一步的，步驟s3中，升溫速率為1~2℃/m。

9、一種如上述的制備方法制備的半導(dǎo)體氣敏材料。

10、一種基于上述的半導(dǎo)體氣敏材料的氣體傳感器。

11、進(jìn)一步的，上述的半導(dǎo)體氣敏材料的氣體傳感器采用如下步驟進(jìn)行制備：

12、s1、將半導(dǎo)體氣敏材料ag-pa/coo分散在去離子水中得到ag-pa/coo導(dǎo)電溶液；

13、s2、將ag-pa/coo導(dǎo)電溶液轉(zhuǎn)移到聚乳酸稀溶液中混合均勻，再將其均勻涂在帶有一對金電極的襯底上，干燥得氣體傳感器。

14、一種安裝有氣體傳感器的四足機(jī)器人，用于檢測還原性有毒氣體。

15、進(jìn)一步的，所述有毒氣體包括氨氣、vocs。

16、本發(fā)明在合成含co金屬簇多孔晶體材料zif-67的基礎(chǔ)上，通過離子交換法，引入了ag、pa雙金屬，得到一種三金屬co、ag、pa多孔晶體材料ag-pa/zif-67。隨后，將ag-pa/zif-67作為模板劑通過高溫煅燒得到了ag-pa/coo作為傳感材料；本發(fā)明通過引入ag、pa雙金屬與co金屬簇的結(jié)合，形成三金屬co、ag、pa多孔金屬半導(dǎo)體材料ag-pa/coo，當(dāng)ag-pa/coo材料暴露在空氣中時，空氣中的氧分子會吸附在ag-pa/coo材料表面，并從ag-pa/coo材料中奪取電子，形成氧負(fù)離子（如o-、o2-等），導(dǎo)致ag-pa/coo材料表面形成一層電子耗盡層，從而影響其電導(dǎo)率。當(dāng)有毒氣體（如氨氣、vocs等）與傳感器接觸時，這些氣體會與ag-pa/coo材料表面的氧負(fù)離子發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致電子耗盡層的狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而引起半導(dǎo)體氣敏材料電導(dǎo)率的變化。通過測量這種電導(dǎo)率的變化，就可以實現(xiàn)對有毒氣體的檢測。

17、ag、pa和co三種金屬在復(fù)合材料中能形成復(fù)雜的電子結(jié)構(gòu)，包括電荷轉(zhuǎn)移、軌道雜化等。這些效應(yīng)不僅改變了材料的能帶結(jié)構(gòu)，還影響了材料的表面化學(xué)性質(zhì)，從而提高了對氣體的敏感性和選擇性，使得本發(fā)明多金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體氣敏材料表現(xiàn)出更高的敏感性和選擇性。多金屬具有更多的活性位點，能夠提升有毒氣體與氧負(fù)離子之間的反應(yīng)迅速，導(dǎo)致電子耗盡層狀態(tài)快速變化，從而實現(xiàn)了對氣體濃度的快速檢測。

18、本發(fā)明制備的半導(dǎo)體氣敏材料ag-pa/coo是一種多孔納米材料，三金屬元素復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠顯著提高材料的比表面積和孔隙率，從而增加材料與目標(biāo)氣體的接觸面積，提高氣體吸附效率，其高比表面積有助于形成更多的氧負(fù)離子、增加有毒氣體與氧負(fù)離子的反應(yīng)空間，同時吸納更多的有毒氣體，提升傳感器件的響應(yīng)和回復(fù)時間。

19、ag-pa/coo作為半導(dǎo)體氣敏材料，與聚乳酸配置漿料負(fù)載在帶有一對金電極的襯底上作為氣體傳感器；測試結(jié)果表明ag-pa/coo氣體傳感器對氨氣的氣敏性拓展到了5ppm，響應(yīng)和回復(fù)時間分別為1s和88s。

技術(shù)特征：

1.一種半導(dǎo)體氣敏材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：半導(dǎo)體氣敏材料ag-pa/coo中，co、ag、pa的摩爾比為1~3：1~3：1~3。

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟s2中，持續(xù)攪拌1~3?h后，靜置24~48h。

4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟s3中，升溫速率為1~2℃/m。

5.一種如權(quán)利要求1-4任一項所述的制備方法制備的半導(dǎo)體氣敏材料。

6.一種基于如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體氣敏材料的氣體傳感器。

7.如權(quán)利要求6所述的氣體傳感器，其特征在于：采用如下步驟進(jìn)行制備：

8.一種安裝有如權(quán)利要求7所述的氣體傳感器的四足機(jī)器人，其特征在于：用于檢測還原性有毒氣體。

9.如權(quán)利要求8所述的四足機(jī)器人，其特征在于：所述有毒氣體包括氨氣、vocs。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體氣敏材料及其制備方法、傳感器和四足機(jī)器人應(yīng)用。本發(fā)明涉及氣體檢測技術(shù)領(lǐng)域。半導(dǎo)體氣敏材料的制備方法包括如下步驟：S1、制備ZIF?67；S2、將ZIF?67粉末超聲分散于甲醇中以形成白色均勻懸濁液，然后依次在白色均勻懸濁液中加入硝酸銀、氯鈀酸，攪拌、靜置、離心、干燥得白色粉末；S3、將白色粉末煅燒得半導(dǎo)體氣敏材料Ag?Pa/CoO。本發(fā)明多金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體氣敏材料能提表現(xiàn)出更高的敏感性和選擇性，多金屬具有更多的活性位點，能夠提升有毒氣體與氧負(fù)離子之間的反應(yīng)速度，導(dǎo)致電子耗盡層狀態(tài)快速變化，從而實現(xiàn)了對氣體濃度的快速檢測。

技術(shù)研發(fā)人員：王身麗,劉軍,何劍峰,杜勇,吳軍,趙威,胡昀,王騫,段鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國網(wǎng)湖北省電力有限公司超高壓公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21