一種納米片組裝的花狀NiO微球制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米微球制備方法及其應(yīng)用，特別是涉及一種納米片組裝的花狀N1微球制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體傳感器技術(shù)是一項(xiàng)當(dāng)前世界令人矚目的迅速發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于監(jiān)測(cè)各種有毒有害氣體、可燃?xì)怏w、工業(yè)廢氣和環(huán)境污染氣體。在氣敏傳感器研宄領(lǐng)域，一般認(rèn)為理想的氣敏傳感器應(yīng)該具有如下條件:選擇性好，靈敏度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，響應(yīng)一恢復(fù)時(shí)間短，元件尺寸微小，使用壽命長(zhǎng)，制造成本低，使用維護(hù)方便。金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器因具有上述特點(diǎn)，一直受到檢測(cè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
[0003]近年來(lái)，隨著對(duì)氧化物半導(dǎo)體敏感材料的深入研宄，氧化鎳(N1)作為一種P型半導(dǎo)體材料，因其具有穩(wěn)定而較寬的帶隙在氣敏特性方面引起了國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的重視。以N1為基體材料制作的氣敏元件雖然具有響應(yīng)-恢復(fù)快，穩(wěn)定性比較好等優(yōu)點(diǎn)，但與N型半導(dǎo)體SnO、ZnO等氣敏材料相比，N1的氣體靈敏度較低，這主要是因?yàn)镹1為空穴導(dǎo)電，吸附可燃?xì)怏w后空穴減少，電阻增大，而N1材料本身的電阻又比較高。因此，不斷改善提高N1的氣敏性能使其具有實(shí)用性是當(dāng)前研宄的重點(diǎn)所在。
[0004]隨著納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展，氣敏材料的納米化為制備高靈敏度、低工作溫度的氣體傳感器提供了新的研宄方向。半導(dǎo)體氣敏材料主要利用材料的表面吸附和表面效應(yīng)，材料顆粒越細(xì)，單位比表面積越大，靈敏度越高。因此，納米材料特別適用于做氣敏材料。在眾多納米結(jié)構(gòu)中，由納米粒子、納米棒、納米片等組裝的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)納米或微米材料，因其獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)，不僅增加材料的比表面積，同時(shí)還能構(gòu)筑發(fā)達(dá)的分級(jí)孔通道，使材料具有更好的滲透性，是一種很有前景的氣敏材料。目前，已有大量研宄工作投入到分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)納米或微米材料的制備當(dāng)中，并在催化、太陽(yáng)能電池、鋰離子電池、氣敏傳感器等領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。然而，在分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)納米或微米材料的制備過(guò)程中多引入一些輔助助劑控制形貌結(jié)構(gòu)。但是，由于輔助助劑的引入，需要在后期處理中去除，從而使得合成步驟繁瑣，成本高，輔助助劑的殘留造成材料性能的破獲，因而極大限制了分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)納米或微米材料的合成和應(yīng)用。因此，從科學(xué)研宄和實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，發(fā)展一種無(wú)需任何輔助助劑，成本較低，可控性好，制備的材料純度高、結(jié)晶好、分散性好的制備方法，對(duì)于開(kāi)發(fā)N1分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)納米或微米材料的應(yīng)用性能具有重要的意義。此外，雖然N1分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)納米或微米材料在催化、太陽(yáng)能電池、鋰離子電池等領(lǐng)域應(yīng)用較多，但是，作為氣體傳感器的敏感膜，報(bào)道并不多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有水熱法/溶劑熱法制備花狀N1微球通常要在前驅(qū)體溶液中加入輔助助劑的制備技術(shù)及性能研宄的基礎(chǔ)上，提供一種不使用任何輔助助劑的溶劑熱合成技術(shù)制備由納米片組裝的花狀N1微球，并將其用于制作氣體傳感器。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種納米片組裝的花狀N1微球制備方法，所述方法包括以下過(guò)程:
(O用天平稱取的Ni (NO3)2.6Η20，溶于80 mL N, N- 二甲基甲酰胺溶液中，使其濃度為0.06 mol.L_1 ;室溫下磁力攪拌30分鐘，配制成溶劑熱合成前驅(qū)體反應(yīng)溶液；
(2)將溶劑熱合成前驅(qū)體反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙烯不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，裝填度為80%，密封；在180°C溫度下保溫4-24小時(shí)，然后隨爐冷卻；
(3)將反應(yīng)后的溶液離心分離獲得反應(yīng)產(chǎn)物，再使用蒸餾水、無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌；
(4)將洗滌后的反應(yīng)產(chǎn)物放入恒定溫度的干燥箱中，80°C，24小時(shí)進(jìn)行干燥處理，干燥完成后冷卻；
將干燥后的產(chǎn)物放入干凈的坩禍中置入馬弗爐中，400°C煅燒3小時(shí)，得到N1黑色粉末，將其保存在干燥器中以待進(jìn)行分析檢測(cè)即可。
[0007]—種納米片組裝的花狀N1微球的應(yīng)用，該材料作為氣體敏感材料制作氣體傳感器的應(yīng)用。
該制備方法的起始原料是廉價(jià)易得的Ni (NO3)2.6H20，N, N- 二甲基甲酰胺，無(wú)需任何輔助助劑，通過(guò)溶劑熱反應(yīng)，經(jīng)過(guò)離心，洗滌，烘干和煅燒等處理。所制備的花狀N1微球由厚度10 nm的納米片組裝而成，微球的直徑為3-5 Mm。將花狀N1微球制備成氣體傳感器，因其獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)，對(duì)乙醇表現(xiàn)出較高的靈敏度，良好的響應(yīng)一恢復(fù)特性和選擇性。
[0008]( I)所述花狀N1微球制備方法，包括以下步驟: 步驟一:將的附(勵(lì)3)2*6!120，溶于80 mL N, N-二甲基甲酰胺溶液中，室溫下磁力攪拌
30分鐘，配制成溶劑熱合成前驅(qū)體反應(yīng)溶液。
[0009]步驟二:將步驟一制得的前驅(qū)體反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙烯不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，裝填度為80%，密封。在180°C溫度下保溫4-24小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫，得到反應(yīng)產(chǎn)物。
[0010]步驟三:離心步驟二制得的反應(yīng)產(chǎn)物，并用蒸餾水、無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌，之后進(jìn)行干燥處理。
[0011]步驟四:將步驟三干燥后的產(chǎn)物置入馬弗爐中，400°C煅燒3小時(shí)，即得到花狀N1微球。
[0012](2)所述利用花狀N1微球制備氣體傳感器的步驟:
步驟一:將花狀N1微球加入水制成漿料，將其涂覆在帶有兩個(gè)金電極和四個(gè)鉑導(dǎo)線的氧化鋁陶瓷管外壁上。
[0013]步驟二:將鎳-鉻合金加熱絲穿過(guò)粘有樣品的氧化鋁陶瓷管，并將加熱絲與陶瓷管平行，使其遠(yuǎn)離陶瓷管。
[0014]步驟三:將陶瓷管的四根導(dǎo)電線和加熱絲的兩端分別焊接在六腳底座上，制得氣體傳感器元件。
[0015]步驟四:采用WS-60A氣敏測(cè)試儀，測(cè)試傳感器的氣體敏感特性。測(cè)試溫度為100-300。。。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
(I)本發(fā)明以Ni (NO3) 2.6Η20鎳源，乙醇為溶劑，在無(wú)需添加任何輔助助劑條件下，通過(guò)溶劑熱合成技術(shù)結(jié)合煅燒工藝制備由納米片組裝的花狀N1微球。免去了輔助助劑去除的后處理步驟及對(duì)花狀N1微球材料的成分和結(jié)構(gòu)造成污染和破壞，具有成本較低，可控性好，制備的材料純度高、結(jié)晶好、分散性好的優(yōu)點(diǎn)，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0017](2)本發(fā)明制得的花狀N1微球因具有獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)，不僅增加材料的比表面積，同時(shí)還能構(gòu)筑發(fā)達(dá)的分級(jí)孔通道，使材料具有更好的滲透性，作為氣敏材料制備的氣體傳感器對(duì)乙醇表現(xiàn)出較高的靈敏度，良好的響應(yīng)一恢復(fù)特性和選擇性，以及穩(wěn)定性，在制備氣體傳感器方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為實(shí)施例1制備的產(chǎn)物的X射線衍射(XRD)譜圖；
圖2 (a)和(b)為實(shí)施例1制備的產(chǎn)物煅燒前的掃描電子顯微鏡照片，(C)和⑷為實(shí)施例1制備的產(chǎn)物煅燒后的掃描電子顯微鏡照片，
圖3 (a)為實(shí)施例2制備的產(chǎn)物煅燒后的掃描電子顯微鏡照片，(b)為實(shí)施例3制備的產(chǎn)物煅燒后的掃描電子顯微鏡照片，(C)為實(shí)施例4制備的產(chǎn)物煅燒后的掃描電子顯微鏡照片，(d)為實(shí)施例5制備的產(chǎn)物煅燒后的掃描電子顯微鏡照片；
圖4 (a)為氣體傳感器對(duì)100 ppm乙醇?xì)怏w的靈敏度隨工作溫度變化曲線圖，(b)為氣體傳感器對(duì)100 ppm乙醇?xì)怏w在不同工作溫度下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線圖；
圖5為氣體傳感器在250°C時(shí)對(duì)不同濃度乙醇?xì)怏w的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線圖；
圖6為