一種用于高靈敏高選擇探測(cè)苯甲醛氣體傳感材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于高靈敏高選擇探測(cè)苯甲醛氣體傳感材料的制備方法，該制備方法包括片狀或花狀氫氧化鎳中間體的形成和熱處理過(guò)程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)有力證實(shí)，所得氧化鎳氣敏傳感材料對(duì)苯甲醛目標(biāo)分析物響應(yīng)值高，選擇性好，且具有較快的響應(yīng)和恢復(fù)特征。同時(shí)所制備的氧化鎳基氣敏傳感材料40天后平均響應(yīng)值保持在95%以上，具有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性。本發(fā)明所述方案原料易得，成本低廉，制備流程簡(jiǎn)單，能應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)，適用于不同場(chǎng)合苯甲醛氣體探測(cè)。
【專利說(shuō)明】
一種用于高靈敏高選擇探測(cè)苯甲醛氣體傳感材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于高靈敏高選擇探測(cè)苯甲醛氣體傳感材料的制備方法，屬于氣濕敏傳感材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體檢測(cè)在環(huán)境保護(hù)、反恐防爆、日常生活或特定工作場(chǎng)合和工業(yè)化自動(dòng)化生產(chǎn)具有廣泛的應(yīng)用前景，如通過(guò)對(duì)硝基爆炸物蒸氣檢測(cè)，可以為反恐防爆提供有力技術(shù)支持；如采用氣體傳感器陣列的電子鼻探測(cè)器，可以實(shí)現(xiàn)易制毒化學(xué)品的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，能檢出并判定多種易制毒化學(xué)品，檢測(cè)時(shí)間小于兩分鐘，適用于車站、邊檢口岸等場(chǎng)所的安檢;如通過(guò)模仿蝴蝶翅膀鱗片中獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)高靈敏光學(xué)探測(cè)。苯甲醛被廣泛應(yīng)用作有機(jī)合成前驅(qū)體，用于染料、制藥、塑料添加劑等等，被美國(guó)環(huán)境保護(hù)局列為有毒物品。
[0003]氣敏傳感材料通常與電極構(gòu)成歐姆接觸，通過(guò)測(cè)量目標(biāo)分析物分子吸附引起的電流變化實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體檢測(cè)的目的。具有層狀或花狀微納結(jié)構(gòu)的氧化鎳半導(dǎo)體氣敏傳感材料明顯具有以下優(yōu)勢(shì):其一，合成氧化鎳的原料易得，成本低廉;其二，當(dāng)氧化鎳和苯甲醛發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，氧化鎳表面物理化學(xué)性質(zhì)的變化可靈敏反應(yīng)在電信號(hào)變化，電信號(hào)的輸出直接通過(guò)半導(dǎo)體電阻值的變化得以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn);其三，具有層狀或花狀微納結(jié)構(gòu)的氧化鎳氣敏材料具有大的比表面積和孔洞，利于吸附氧和苯甲醛的有效擴(kuò)散，也能提供更多的表面活化中心從而有利于提高響應(yīng)強(qiáng)度。響應(yīng)強(qiáng)度、選擇性、響應(yīng)時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間和穩(wěn)定性是氣敏傳感器的主要性能指標(biāo)。若能兼有響應(yīng)強(qiáng)度高，選擇性好，響應(yīng)時(shí)間快，恢復(fù)時(shí)間短，長(zhǎng)期穩(wěn)定性的氣敏材料具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]
本發(fā)明的目的在于提供一種制備流程簡(jiǎn)單、有較強(qiáng)實(shí)用性的用于高靈敏高選擇探測(cè)苯甲醛氣體傳感材料的制備方法，從而解決制備過(guò)程繁雜、氣敏性能差或不穩(wěn)定的問(wèn)題。
[0005]一種用于高靈敏高選擇探測(cè)苯甲醛氣體傳感材料的制備方法，其特征在于該制備方法包括以下步驟:
1)片狀或花狀氫氧化鎳中間體的制備
將六水硝酸鎳、硝酸銨和氫氧化鈉溶于去離子水中劇烈攪拌25-35 min后在70-90 °C靜置20-24 h，然后抽濾，重新分散超聲水洗三或四次后，60-80 °(:烘干即得片狀氫氧化鎳中間體；
將六水氯化鎳、氯化錢和氫氧化鈉溶于去離子水中劇烈攪拌25-35 min后在70-90 °C靜置20-24 h，然后抽濾，重新分散超聲水洗三或四次后，60-80 °(:烘干即得自組裝花狀氫氧化鎳中間體；
2)熱處理將上述片狀或花狀氫氧化鎳中間體置于馬弗爐或管式爐中，升溫速率為9-10°C/min，高溫設(shè)定為350-450°C，保持時(shí)間為2-3 h，氣氛為空氣或氮?dú)猓匀唤禍乩鋮s后即得黑色氧化鎳粉末。
[0006]所述六水硝酸鎳、硝酸錢、氫氧化鈉和去離子水的用量比為6-12 mmol:32-64mmol:11-22 mmol:160-320 mL。
[0007]所述六水氯化鎳、氯化錢、氫氧化鈉和去離子水的用量比為6-12 mmol:32-64mmol:11-22 mmol:160-320 mL。
[0008]所述去離子水的電導(dǎo)率〈0.5 mS/m。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
1、本發(fā)明制備的氧化鎳氣敏傳感材料對(duì)苯甲醛的響應(yīng)具有良好的選擇性。
[0010]2、本發(fā)明制備的氧化鎳氣敏傳感材料對(duì)苯甲醛具有較快的響應(yīng)時(shí)間和較短恢復(fù)時(shí)間，均在40 s內(nèi)。
[0011]3、本發(fā)明制備的氧化鎳氣敏傳感材料具有良好的穩(wěn)定性，40天后響應(yīng)值保持在95%以上。
[0012]4、本發(fā)明制備的氧化鎳氣敏傳感材料流程簡(jiǎn)單，無(wú)需昂貴設(shè)備，原料易得，總體成本低廉。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為實(shí)施例1熱處理過(guò)程的熱分析圖(a)和實(shí)施例2熱處理過(guò)程的熱分析圖(b)。
[0014]圖2為實(shí)施例1所得氧化鎳的掃描電鏡(a)和透射電鏡圖(b)。
[0015]圖3為實(shí)施例2所得氧化鎳的掃描電鏡(a)和透射電鏡圖(b)。
[0016]圖4為實(shí)施例1(a)和實(shí)施例2(b)所得氧化鎳基氣敏材料對(duì)不同濃度苯甲醛的響應(yīng)強(qiáng)度。
[0017]圖5為實(shí)施例1(a)所得氧化鎳的選擇性測(cè)試結(jié)果和實(shí)施例2(b)所得氧化鎳的選擇性測(cè)試結(jié)果。
[0018]圖6為實(shí)施例1 (a)和實(shí)施例2(b)所得氧化鎳對(duì)100 ppm苯甲醛的響應(yīng)時(shí)間(Tres)和恢復(fù)時(shí)間( Tres ) ο
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
(I)原材料的選取:
實(shí)驗(yàn)反應(yīng)體系擬設(shè)定在硝酸鹽體系，如硝酸鎳，硝酸銨，再加氫氧化鈉的輔助作用。
[0020](2)片狀氫氧化鎳中間體的形成:
將6mmol六水硝酸鎳，32mmol硝酸錢和111111]101氫氧化鈉溶于16011^去離子水，磁力劇烈攪拌30 min后，移入80 °C的烘箱內(nèi)靜置21 h。由于該水熱反應(yīng)溫度較低，無(wú)需專業(yè)的水熱反應(yīng)釜，原容器燒杯即可。待反應(yīng)完畢后抽濾，重新分散超聲水洗三次后，60 °C條件下烘干即可得片狀氫氧化鎳中間體。
[0021](3)熱處理過(guò)程:
將通過(guò)(2)獲得的制備有片層結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳中間體置于馬弗爐中，升溫速率為10°C/min，高溫設(shè)定為400°C，保持時(shí)間為2 h，氣氛為空氣，自然降溫冷卻后即可得黑色氧化鎳粉末。圖1(a)給出了該過(guò)程熱分析圖。圖2所示為所得氧化鎳的掃描電鏡和透射電鏡照片。
[0022](4)氣敏材料的器件化:
取0.03克(3)獲得的黑色氧化鎳粉末置于載玻片基底上，用3-4μ1去離子水和上述粉末充分混和攪拌，形成具有一定黏度的漿料，然后旋涂在陶瓷管基底上，陶瓷管基底由鄭州煒盛電子科技有限責(zé)任公司提供。然后將此氣敏裝置置于60°C烘箱內(nèi)一周，測(cè)其氣敏性能。圖4(a)、圖5(a)和圖6(a)分別給出了本實(shí)施例所得氧化鎳材料對(duì)不同濃度苯甲醛的響應(yīng)強(qiáng)度、對(duì)苯甲醛的選擇性和對(duì)100 ppm苯甲醛的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間。
[0023]實(shí)施例2
(I)原材料的選取:
實(shí)驗(yàn)反應(yīng)體系擬設(shè)定在氯化物體系，如氯化鎳，氯化銨，再加氫氧化鈉的輔助作用。
[0024](2)片狀氫氧化鎳中間體的形成:
將6mmo I六水氯化鎳，32mmo I氯化錢和I Immo I氫氧化鈉溶于160mL去離子水，磁力劇烈攪拌35 min后，移入80 °C的烘箱內(nèi)靜置21 h。由于該水熱反應(yīng)溫度較低，原容器燒杯即可。待反應(yīng)完畢后抽濾，重新分散超聲水洗三次后，60 °(:條件下烘干即可得成花狀氫氧化鎳中間體。
[0025](3)熱處理過(guò)程:
將通過(guò)(2)獲得的制備有花狀結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳中間體置于馬弗爐中，升溫速率為10°C/min，高溫設(shè)定為400°C，保持時(shí)間為2 h，氣氛為空氣，自然降溫冷卻后即可得黑色氧化鎳粉末。圖1(b)給出了該過(guò)程熱分析圖。圖3所示為所得氧化鎳的掃描電鏡和透射電鏡照片。
[0026](4)氣敏材料的器件化:
取0.05克(3)獲得的黑色氧化鎳粉末置于載玻片基底上，用6μ1去離子水和氧化鎳粉末充分混和攪拌，形成具有一定黏度的漿料，然后旋涂在陶瓷管基底上，陶瓷管基底由鄭州煒盛電子科技有限責(zé)任公司提供。然后將此氣敏裝置置于60°C烘箱內(nèi)一周，測(cè)其氣敏性能。圖4(b)、圖5(b)和圖6(b)依次給出了本實(shí)施例所得氧化鎳材料對(duì)不同濃度苯甲醛的響應(yīng)強(qiáng)度、對(duì)苯甲醛的選擇性和對(duì)100 ppm苯甲醛的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間。
[0027]實(shí)施例3
(I)原材料的選取:
實(shí)驗(yàn)反應(yīng)體系擬設(shè)定在氯化物體系，如氯化鎳，氯化銨，再加氫氧化鈉的輔助作用。
[0028](2)片狀氫氧化鎳中間體的形成:
將12mmol六水氯化鎳，64mmol氯化錢和22mmol氫氧化鈉溶于320mL去離子水，磁力劇烈攪拌35 min后，移入80 °C的烘箱內(nèi)靜置23 h。由于該水熱反應(yīng)溫度較低，原容器燒杯即可。待反應(yīng)完畢后抽濾，重新分散超聲水洗三次后，60 °(:條件下烘干即可得成花狀氫氧化鎳中間體。
[0029](3)熱處理過(guò)程:
將通過(guò)(2)獲得的制備有花狀結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳中間體置于管式爐中，升溫速率為10°C/min，高溫設(shè)定為450°C，保持時(shí)間為2 h，氣氛為氮?dú)?，自然降溫冷卻后即可得黑色氧化鎳粉末。
[0030](4)氣敏材料的器件化: 取0.04克(3)獲得的黑色氧化鎳粉末置于載玻片基底上，用5μ1去離子水和氧化鎳粉末充分混和攪拌，形成具有一定黏度的漿料，然后旋涂在陶瓷管基底上，陶瓷管基底由鄭州煒盛電子科技有限責(zé)任公司提供。然后將此氣敏裝置置于60°C烘箱內(nèi)一周，測(cè)其氣敏性能，亦表現(xiàn)出良好的對(duì)苯甲醛的響應(yīng)選擇性和較快的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于高靈敏高選擇探測(cè)苯甲醛氣體傳感材料的制備方法，其特征在于該制備方法包括以下步驟: 1)片狀或花狀氫氧化鎳中間體的制備 將六水硝酸鎳、硝酸銨和氫氧化鈉溶于去離子水中劇烈攪拌25-35 min后在70-90 °C靜置20-24 h，然后抽濾，重新分散超聲水洗三或四次后，60-80 °(:烘干即得片狀氫氧化鎳中間體； 將六水氯化鎳、氯化錢和氫氧化鈉溶于去離子水中劇烈攪拌25-35 min后在70-90 °C靜置20-24 h，然后抽濾，重新分散超聲水洗三或四次后，60-80 °(:烘干即得自組裝花狀氫氧化鎳中間體； 2)熱處理 將上述片狀或花狀氫氧化鎳中間體置于馬弗爐或管式爐中，升溫速率為9-10°C/min，高溫設(shè)定為350-450°C，保持時(shí)間為2-3 h，氣氛為空氣或氮?dú)猓匀唤禍乩鋮s后即得黑色氧化鎳粉末。2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述六水硝酸鎳、硝酸銨、氫氧化鈉和去離子水的用量比為6-12 mmol:32-64 mmol:11-22 mmol:160-320 mL。3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述六水氯化鎳、氯化銨、氫氧化鈉和去離子水的用量比為6-12 mmol:32-64 mmol:11-22 mmol:160-320 mL。4.如權(quán)利要求1、2或3所述的制備方法，其特征在于所述去離子水的電導(dǎo)率〈0.5mS/mD
【文檔編號(hào)】G01N27/12GK105866188SQ201610192665
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】郭志光, 楊付超
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所