專利名稱：：一種納米SnO₂-MWCNTs的微波水熱合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，涉及一種納米Sn02-MWCNTs的微波水熱合成方法，用于制備具有高敏感度的氣敏元件。
背景技術(shù)：
：Sn02是一種寬帶隙半導(dǎo)體，禁帶寬度為3.6eV，是目前最常用的氣敏材料。以氧化物為基體材料，摻入適當?shù)拇呋瘎┗蛱砑觿?，還可以制得對酒精、氫氣、硫化氫、一氧化碳和甲垸等氣體具有選擇性敏感作用的氧化物氣敏元件。二氧化錫的化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐性較強，吸脫時間較短，適用于微量和低濃度氣體的檢測。近年來制備納米級的二氧化錫是研究的熱點問題，通過研究發(fā)現(xiàn)尺寸均一、單分散的納米粉體具有較高的比表面積和較大的活性，有利于氣體的大量吸附，響應(yīng)和恢復(fù)時間會減短，從而將會提高氣敏元件的敏感度。2000年Collins等報道碳納米管的氣敏性能(Science,287(2000)1801-1804)，碳納米管由于其較大的比表面積對氣體具有很強的吸附作用，當其吸附氣體時會使其導(dǎo)電性發(fā)生改變，因此碳納米管有望在氣敏傳感器方向得到應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)單根碳納米管對二氧化氮和氨氣都具有敏感性能。將碳納米管組裝成電容式傳感器，檢測出了其對二氧化碳具有敏感性。在n型硅基底上濺射鈀作為催化劑后用微波等離子體增強的CVD法生長碳納米管，而后在碳納米管上濺射一層金屬鈀，將其作為傳感器電極實現(xiàn)了對氫氣的檢測。將碳納米管自組裝到鉑電極上并將其作為工作電極，Ag/AgCl作為參比電極，鉑絲作為對電極，實現(xiàn)了對一氧化碳濃度的檢測。另外，通過在三氧化二鋁基底上濺射叉指金電極，在電極之間涂布微量碳納米管氣敏膜，實現(xiàn)了碳納米管對甲苯的檢測。因此在Sn02-MWCNTs復(fù)合材料中，碳納米管在不減弱二氧化錫本身對氣體敏性能的基礎(chǔ)上，還能有效的控制二氧化錫的尺寸和形貌，從而有望成為性能優(yōu)異的氣敏材料。以SnCl45H20為錫源，使用水熱法合成Sn02-MWCNTs復(fù)合材料產(chǎn)率較低且反應(yīng)時間較長，在反應(yīng)過程中需加入表面活性劑以達到二氧化錫在碳納米管中的均勻分布和尺寸控制。因此目前尋求設(shè)備簡單、成本低、產(chǎn)率高、二氧化錫在復(fù)合材料中的尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)可控仍是研究的熱點問題。微波水熱法是將微波場與傳統(tǒng)的水熱法相結(jié)合，同時體現(xiàn)水熱法本身的優(yōu)勢和微波獨特的加熱特性，具有反應(yīng)速度快、反應(yīng)效率高、制備產(chǎn)品純度高和形態(tài)均一等優(yōu)點，已受到廣泛應(yīng)用。微波水熱的特點-(1)微波加熱速率快，反應(yīng)條件溫和，避免了材料合成過程中晶粒的異常長大，能在短時間，低溫下合成純度高，粒度細，分布均勻的材料；(2)微波能可直接穿透一定深度的樣品，在不同深度同時加熱，不需傳熱過程，這種體加熱作用使加熱快速，均勻；(3)通過調(diào)節(jié)微波的輸出功率，可使樣品的加熱情況立即無惰性地改變，便于進行自動控制和連續(xù)操作；(4)微波加熱的熱慣性小，因此關(guān)閉電源后，試樣即可在實現(xiàn)快速降溫；熱能利用率高(60%~90%)，可大大節(jié)約能量。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是利用微波水熱法加熱均勻且速度較快的優(yōu)點，合成出在MWCNTs中Sn02分散均勻且尺寸均一的納米Sn02-MWCNTs復(fù)合粉體。一種微波水熱合成Sn02-MWCNTs復(fù)合粉體的方法，其特征是以SnCl46H20和NaOH的混合水溶液，NaCl和MWCNTs為反應(yīng)物，采用微波水熱法合成納米Sn02-MWCNTs復(fù)合粉體，SnCl4'5H20禾QNaOH的混合水溶液濃度為0.005-0.05mol/L，其中SnCU.5H20:NaOH(摩爾比)=1:8-12;相對于100mlSnCl4'5H20和NaOH的混合水溶液NaCl的加入量為0.1169-U688g，MWCNTs的加入量為5-20mg，反應(yīng)溫度為110-180°C，保溫時間為30-300min。試驗結(jié)果表明，產(chǎn)物中Sn02在碳納米管中分散均勻且形狀規(guī)則，為200nm左右，結(jié)晶性完好。本發(fā)明以SnCl45H20為錫源，使用微波水熱法合成Sn02-MWCNTs復(fù)合粉體的方法合成溫度低且方法簡單。復(fù)合粉體中二氧化錫的比表面積較大，尺寸均一，在碳納米管中均勻分布，將有利于提高其氣敏性能。圖1為MWCNTs加入量為10mg的產(chǎn)物的XRD圖圖2為MWCNTs加入量為5mg的產(chǎn)物的FE-SEM圖圖3為MWCNTs加入量為10mg的產(chǎn)物的FE-SEM圖圖4為MWCNTs加入量為20mg的產(chǎn)物的FE-SEM圖<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>工藝流程如下1.配置濃度為O.Olmol/L的SnCl45H20和NaOH的混合水溶液，其中SnCl4.5H20:NaOH(摩爾比"l:lO;2.稱取0.2338gNaCl加入到100mlSnCl45H20和NaOH的混合水溶液中，使用磁力攪拌儀攪拌20min后使其完全溶解并配成均勻透明的溶液；3.稱取lOOmgMWCNTs加入到上述溶液中，使用超聲分散1h，得到反應(yīng)溶液；4.將反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯水熱釜中，保持50%的填充度，將水熱釜放入到微波爐中后密封，控制反應(yīng)溫度110-180°C，保溫30-300min;5.反應(yīng)完全結(jié)束后，待聚四氟乙烯水熱釜自然冷卻至室溫，將所得的沉淀用去離子水和無水乙醇各洗滌三次，置于微波爐中干燥得到灰白色產(chǎn)物為納米Sn02-MWCNTs復(fù)合粉體。具體試驗結(jié)果使用微波水熱法可成功制備出納米Sn02-MWCNTs復(fù)合粉體。從XRD圖的標注中可以清晰的看到此試驗條件下合成的復(fù)合粉體，所有的衍射峰均與金紅石型Sn02及MWCNTs相吻合，從標注中可以看出復(fù)合產(chǎn)物中Sn02純度和晶化程度都極高。利用微波水熱法合成納米Sn02-MWCNTs復(fù)合粉體，合成方法簡單，微波水熱法不僅節(jié)約能源而且得到的復(fù)合粉體中Sn02的分散均勻、尺寸均一且比表面積較大，是合成納米Sn02-MWCNTs復(fù)合粉體的一個新途徑。權(quán)利要求1.一種微波水熱合成SnO2-MWCNTs復(fù)合粉體的方法，其特征是以SnCl4·5H2O和NaOH的混合水溶液，NaCl和MWCNTs為反應(yīng)物，采用微波水熱法合成納米SnO2-MWCNTs復(fù)合粉體，SnCl4·5H2O和NaOH的混合水溶液濃度為0.005-0.05mol/L，其中SnCl4·5H2O與NaOH的摩爾比＝1:8-12；相對于100mlSnCl4·5H2O和NaOH的混合水溶液NaCl的加入量為0.1169-1.1688g，MWCNTs的加入量為5-20mg，反應(yīng)溫度為110-180℃，保溫時間為30-300min；試驗結(jié)果表明，產(chǎn)物中SnO2在碳納米管中分散均勻且形狀規(guī)則，結(jié)晶性完好。全文摘要本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，涉及一種微波水熱合成SnO₂-MWCNTs復(fù)合粉體的方法，用于生產(chǎn)氣敏元件的材料。其制備工藝流程為以SnCl₄·5H₂O和NaOH的混合水溶液，NaCl和MWCNTs為反應(yīng)物，使用微波水熱法合成SnO₂-MWCNTs復(fù)合粉體，SnCl₄·5H₂O和NaOH的混合水溶液濃度為0.005-0.05mol/L，相對于100mlSnCl₄·5H₂O和NaOH的混合水溶液NaCl的加入量為0.1169-1.1688g，MWCNTs的加入量為5-20mg，反應(yīng)溫度為110-180℃，保溫時間為30-300min。本發(fā)明采用微波水熱法合成納米SnO₂-MWCNTs復(fù)合材料，合成溫度低，時間短，納米SnO₂在MWCNTs中均勻分布，且具有較高的比表面積，尺寸均一為200nm左右，將有利于提高材料的氣敏性能。文檔編號C01B31/00GK101439855SQ200810241019公開日2009年5月27日申請日期2008年12月24日優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日發(fā)明者岳昌盛,梅張,王習(xí)東,王亞麗,敏郭申請人:北京科技大學(xué)