一种对低浓度丙酮高选择性的复合气敏材料制造技术

本发明专利技术公开了一种对低浓度丙酮高选择性的复合气敏材料，属于气敏材料技术领域。该气敏材料的组成是石墨烯量子点‑La2O3‑ZnFe2O4复合材料，其中石墨烯量子点的质量占材料总质量的0.5‑1.5％，La2O3与ZnFe2O4的摩尔比为2.5％‑4％。以该材料作为敏感材料制成的旁热式气敏传感器对丙酮有高气敏选择性，在工作温度为125℃时，元件对1000ppm丙酮达灵敏度达到124‑156，对0.01ppm丙酮气体的灵敏度达到1.5‑2.2，并且对0.01‑1000ppm丙酮气体的响应和恢复时间分别不超过25s和54s；该气体传感器在125℃时，对常见干扰气体的灵敏度非常低，对1000ppm乙醇、甲醇、乙醛、甲醛的灵敏度不超过14，对1000ppm氨气、苯、甲苯、氢气的灵敏度均不超过4。

【技术实现步骤摘要】
一种对低浓度丙酮高选择性的复合气敏材料
本专利技术属于气敏材料
，具体涉及一种用于检测低浓度丙酮的复合气敏材料，该材料用于制作气体传感器，制成的气体传感器对空气中低浓度丙酮有较高灵敏度和高选择性。技术背景丙酮是一种常见的VOC气体，对中枢神经系统有抑制、麻醉作用。丙酮蒸气对人体损害主要表现为对眼的刺激如流泪、畏光和角膜上皮浸润等，还引起眩晕、灼烧感、咽喉刺激、咳嗽等。因此检测和监测环境空气中的丙酮浓度有重要意义。另外，丙酮也是人体体内脂肪代谢产物，健康人呼出气体中丙酮浓度低于0.9ppm，糖尿病患者呼出的丙酮浓度在1.8ppm以上，因此定量分析有助于糖尿病的诊断。金属氧化物气体敏感材料对气体有较高的灵敏度，但是存在选择性不高，受其它气体干扰的缺陷。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种对低浓度丙酮高选择性的复合气敏材料。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。本专利技术提供一种对低浓度丙酮高选择性的复合气敏材料，该材料组成是石墨烯量子点、La2O3和ZnFe2O4，其中：石墨烯量子点占材料总质量的0.5～1.5％，La2O3与ZnFe2O4的摩尔比为2.5％～4％。本专利技术同时提供了上述对低浓度丙酮高选择性的复合气敏材料的制备方法，具体包括如下步骤：(1)称取0.001molZn(NO3)2·6H2O、0.002molFe(NO3)3·9H2O、0.00005～0.00008molLa(NO3)3·6H2O溶于20mL的去离子水；将1.5～4.5ml浓度为1mg/g的石墨烯量子点溶液缓慢的加入到上述溶液，搅拌30min，超声处理混合溶液30min得到悬浮液；(2)向步骤(1)得到的悬浮液中滴加1mol/L的NaOH溶液至反应液的pH为7.0；加去离子水至体积为70ml,随后将反应液转移至容积为100mL水热釜中在180～200℃下反应24h，待反应釜冷却后，产物用去离子水和无水乙醇洗涤，洗涤后的沉淀物放入烘箱中在60℃条件下烘24h，得到石墨烯量子点-La2O3-ZnFe2O4复合气敏材料。本专利技术的材料可以作为丙酮气体敏感元件的敏感材料，利用该材料制作旁热式气敏元件的方法是：将0.1克材料与0.5克松油醇混合研磨制成浆料，用小毛刷将浆料涂到氧化铝陶瓷管的表面；氧化铝陶瓷管的尺寸是：长6毫米，内径1.6毫米，外径2毫米，在氧化铝管两端用金奖作电极，电极上焊有金丝作为引线，电极之间距离是1毫米；在氧化铝管内放置镍铬合金丝作为加热丝，通过控制流过加热丝的电流和加热丝两端电压可以控制氧化铝管表面敏感材料的温度；将涂有敏感材料浆料的氧化铝管放在红外灯下烘干，即得到旁热式气敏元件。元件对某种气体的灵敏度是在工作温度下，元件在空气中电阻与元件在被测气体中电阻的比值。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术通过水热反应法在ZnFe2O4中掺入石墨烯量子点和-La2O3制成复合材料，以该材料作为敏感材料制成的旁热式气敏传感器，该气敏材料在较低温度下对丙酮有较高灵敏度，更重要的是在此温度下对其它气体的灵敏度低，表现出对丙酮的高气敏选择性。在工作温度为125℃时，元件对1000ppm丙酮达灵敏度达到124-156，对常见干扰气体的灵敏度非常低，对1000ppm乙醇、甲醇、乙醛、甲醛的灵敏度分别为9.8、7.9、8.8、12.3，对1000ppm氨气、苯、甲苯、氢气的灵敏度均不超过4。具体实施方式以下结合具体实施例详述本专利技术，但本专利技术不局限于下述实施例。实施例1称取0.001molZn(NO3)2·6H2O、0.002molFe(NO3)3·9H2O和0.00005molLa(NO3)3·6H2O溶于20mL的去离子水，将1.5ml浓度为1mg/g的石墨烯量子点溶液缓慢的加入到上述溶液，搅拌30min，超声处理混合溶液30min得到悬浮液。然后向悬浮液中滴加1mol/L的NaOH溶液至反应液的pH为7.0。加去离子水至体积为70ml,随后将反应液转移至容积为100mL水热釜中在180℃下反应24h，待反应釜冷却后，产物用去离子水和无水乙醇洗涤多次，洗涤后的沉淀物放入烘箱中在60℃条件下烘24h。得到石墨烯量子点-La2O3-ZnFe2O4复合材料。用热重分析方法对该材料进行分析，复合材料中石墨烯量子点含量为0.5wt％。将材料制成旁热式元件，测得元件在125℃工作温度下对0.01、0.1、1、10、100、1000ppm丙酮气体的灵敏度分别为1.8、3.4、8.1、22.6、58.5、124.0。对0.01-1000pp的丙酮响应时间和恢复时间不超过22秒和45秒。对1000ppm乙醇、甲醇、乙醛、甲醛的灵敏度分别为9.0、7.9、8.8、12.3，对1000ppm氨气、苯、甲苯、氢气的灵敏度均不超过4。实施例2称取0.001molZn(NO3)2·6H2O、0.002molFe(NO3)3·9H2O和0.00008molLa(NO3)3·6H2O溶于20mL的去离子水，将4.5ml浓度为1mg/g的石墨烯量子点溶液缓慢的加入到上述溶液，搅拌30min，超声处理混合溶液30min得到悬浮液。然后向悬浮液中滴加1mol/L的NaOH溶液至反应液的pH为7.0。加去离子水至体积为70ml,随后将反应液转移至容积为100mL水热釜中在200℃下反应24h，待反应釜冷却后，产物用去离子水和无水乙醇洗涤多次，洗涤后的沉淀物放入烘箱中在60℃条件下烘24h。得到石墨烯量子点-La2O3-ZnFe2O4复合材料。用热重分析方法对该材料进行分析，复合材料中石墨烯量子点含量为1.5wt％。将材料制成旁热式元件，测得元件在125℃工作温度下对0.01、0.1、1、10、100、1000ppm丙酮气体的灵敏度分别为2.0、3.7、8.9、26.6、70.6、156.0。对0.01-1000pp的丙酮响应时间和恢复时间不超过25秒和54秒。对1000ppm乙醇、甲醇、乙醛、甲醛的灵敏度分别为9.4、8.9、9.8、13.9，对1000ppm氨气、苯、甲苯、氢气的灵敏度均不超过4。实施例3称取0.001molZn(NO3)2·6H2O、0.002molFe(NO3)3·9H2O和0.00006molLa(NO3)3·6H2O溶于20mL的去离子水，将3.0ml浓度为1mg/g的石墨烯量子点溶液缓慢的加入到上述溶液，搅拌30min，超声处理混合溶液30min得到悬浮液。然后向悬浮液中滴加1mol/L的NaOH溶液至反应液的pH为7.0。加去离子水至体积为70ml,随后将反应液转移至容积为100mL水热釜中在190℃下反应24h，待反应釜冷却后，产物用去离子水和无水乙醇洗涤多次，洗涤后的沉淀物放入烘箱中在60℃条件下烘24h。得到石墨烯量子点-La2O3-ZnFe2O4复合材料。用热重分析方法对该材料进行分析，复合材料中石墨烯量子点含量为1.0wt％。将材料制成旁热式元件，测得元件在125℃工作温度下对0.01、0.1、1、10、100、1000ppm丙酮气体的灵敏度分别为2.2、3.4、9.9、28.8、68.3、146.8。对0.01-1000pp的丙酮响应时间和恢复时间不超过20秒和49秒。对1000pp本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对低浓度丙酮高选择性的复合气敏材料，其特征在于，该材料组成是石墨烯量子点‑La2O3‑ZnFe2O4复合材料，其中：石墨烯量子点占材料总质量的0.5～1.5％，La2O3与ZnFe2O4的摩尔比为2.5％～4％。

【技术特征摘要】
1.一种对低浓度丙酮高选择性的复合气敏材料，其特征在于，该材料组成是石墨烯量子点-La2O3-ZnFe2O4复合材料，其中：石墨烯量子点占材料总质量的0.5～1.5％，La2O3与ZnFe2O4的摩尔比为2.5％～4％。2.如权利要求1所述的对低浓度丙酮高选择性的复合气敏材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)称取0.001molZn(NO3)2·6H2O、0.002molFe(NO3)3·9H2O、0.00005～0.00008molLa(NO3)3·6H2O溶于20...

【专利技术属性】
技术研发人员：储向峰，董永平，白林山，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34