一种CoSn双金属氧化物半导体材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于气体传感器技术领域的一种CoSn双金属氧化物半导体材料及其制备方法。所述材料由不同摩尔比例的Co和Sn纳米颗粒组成，Co和Sn的摩尔比为0.1‑10，纳米颗粒粒径为20‑50nm。本发明专利技术的材料可作为气敏检测材料，对环境中甲烷、乙醇、氨气等气体进行检测，其制备简便，收率高，具有检测温度低、基线平稳、灵敏度高等诸多性能优势。

A kind of cosin bimetallic oxide semiconductor material and its preparation method

The invention belongs to the technical field of gas sensor, a Cosn bimetal oxide semiconductor material and a preparation method thereof. The material is composed of CO and Sn nanoparticles with different molar ratios, the molar ratio of CO and Sn is 0.1-10, and the particle size of the nanoparticles is 20-50nm. The material of the invention can be used as a gas sensitive detection material to detect methane, ethanol, ammonia and other gases in the environment. The preparation is simple, the yield is high, and the material has many performance advantages such as low detection temperature, stable baseline and high sensitivity.

【技术实现步骤摘要】
一种CoSn双金属氧化物半导体材料及其制备方法
本专利技术属于气体传感器
，尤其涉及一种CoSn双金属氧化物半导体材料及其制备方法。
技术介绍
电阻型半导体气体传感器是目前应用最广泛的一类气体传感器，具有成本低、响应快、体积小、灵敏度高等诸多优势。但目前气体传感器尤其是Sn基半导体气体传感器存在选择性差、功耗高的缺点，所以，发展高性能、高选择性、低功耗的气体传感器具有重要意义。气敏材料对于提升气体传感器性能具有重要意义，其中，Sn基氧化物材料是已商品化的气敏材料，其检测气体种类广泛，但检测温度较高、功耗大，检测特异性差。市售的半导体气体传感器，加热功耗高达350mW，且对氨气、VOC等多种气体同时具有响应，对气体的选择性差。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种CoSn双金属氧化物半导体材料，所述材料由不同摩尔比例的Co和Sn纳米颗粒组成，Co和Sn的摩尔比为0.1-10，纳米颗粒粒径为20-50nm。所述材料对100ppm乙醇的灵敏度为14.1～50。一种CoSn双金属氧化物半导体材料的制备方法，包括以下步骤：1)分别称取Co和Sn的金属盐，溶于无水乙醇或乙醇与甲醇的混合溶液中，搅拌形成澄清溶液A；2)称取沉淀剂溶于无水乙醇或乙醇与甲醇的混合溶液中，搅拌形成澄清溶液B；3)将步骤1)得到的溶液A快速加入步骤2)形成的溶液B中，充分静置，得到双金属氧化物前驱体沉淀；4)采用无水乙醇对步骤3)得到的前驱体沉淀进行洗涤并干燥；<br>5)将步骤4)得到的前驱体沉淀研磨并煅烧，得到CoSn双金属氧化物。所述步骤1)中，所述金属盐为Co、Sn的硝酸盐或氯化盐。所述溶液B中，沉淀剂为2-甲基咪唑，沉淀剂与金属盐的摩尔比为1:4。所述步骤3)中，静置时间为12-24h。所述步骤5)中，煅烧过程的升温速率为2-10℃/min，煅烧环境为空气，煅烧温度为400～800℃。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术制备方式简便易行，采用共沉淀法，可使得到的双金属氧化物金属均匀分布；同时，原料成本低廉，易于放大。2、采用2-甲基咪唑为沉淀剂，可利用配位键与金属盐形成特殊结构的前驱体颗粒，经高温煅烧，有机配体挥发形成空腔，并控制金属氧化物形貌结构。3、本专利技术制备的CoSn双金属氧化物半导体材料呈纳米颗粒状，粒径小，有利于降低传感器中敏感层厚度，进而降低传感响应时间，采用金属掺杂的方式，利用Co基氧化物检测温度低、基线平稳的优点，制备CoSn双金属氧化物对于提升传感器响应选择性，降低功耗具有一定的实践意义。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备的Co50Sn50Ox的乙醇气敏性能测试图；图2为本专利技术实施例1所制备的Co50Sn50Ox的甲烷、氨气气敏性能测试图；图3为本专利技术实施例1所制备的Co50Sn50Ox的SEM图；图4为本专利技术实施例2所制备的Co40Sn60Ox的乙醇气敏性能测试图；图5为本专利技术实施例2所制备的Co40Sn60Ox的SEM图；图6为本专利技术实施例3所制备的Co60Sn40Ox的乙醇气敏性能测试图；图7为本专利技术实施例3所制备的Co60Sn40Ox的SEM图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：实施例1分别称取0.88gCo(NO3)2·6H2O和0.69gSnCl2·2H2O溶于20mL无水乙醇与20mL甲醇形成的混合溶液中，室温下搅拌至金属盐全部溶解形成均匀溶液A，溶液A中Co和Sn的摩尔比为1:1；称取2.01g的2-甲基咪唑(简称：2MI)溶于20mL无水乙醇与20mL甲醇形成的混合溶液中，室温下搅拌至形成均匀溶液B；将溶液A快速加入溶液B，并静置24h，得到天蓝色沉淀，采用无水乙醇进行洗涤并干燥，即得到Co50Sn50-2MI前驱体沉淀。将Co50Zn50-2MI前驱体沉淀充分研磨，并称取0.5g置于马弗炉中，在空气环境下，2℃/min升温至500℃，保温2h，制得Co50Sn50Ox。本实施例制得的Co50Sn50Ox在乙醇中分散形成均匀的分散液。图1所示为Co50Sn50Ox对乙醇的动态响应曲线，乙醇浓度为阶梯性分布(浓度梯度为2.5ppm、5ppm、10ppm，20ppm，30ppm，50ppm，80ppm，100ppm)，响应也呈现阶梯状分布，以100ppm乙醇材料响应为参考对比值。在350℃时，Co50Sn50Ox对100ppm乙醇的灵敏度为47.1。图2所示为本实施例制得的Co50Sn50Ox对100ppm甲烷、100ppm氨气的动态响应曲线，在350℃时，Co50Sn50Ox对100ppm甲烷、100ppm氨气的灵敏度分别为25.9、40.3。图3所示为本实施例制得的Co50Sn50Ox的扫描电子显微镜(简称：SEM)图，放大倍数为2万倍，呈颗粒状分布。实施例2分别称取0.70gCo(NO3)2·6H2O和0.83gSnCl2·2H2O溶于20mL无水乙醇与20mL甲醇形成的混合溶液中，室温下搅拌至金属盐全部溶解形成均匀溶液A，溶液A中Co和Sn的摩尔比为2:3；称取2.01g的2-MI溶于20mL无水乙醇与20mL甲醇形成的混合溶液中，室温下搅拌至形成均匀溶液B；将溶液A快速加入溶液B，并静置18h，得到天蓝色沉淀，采用无水乙醇进行洗涤并干燥，即得到Co40Sn60-2MI前驱体沉淀。将Co40Sn60-2MI前驱体沉淀充分研磨，并称取0.5g置于马弗炉中，在空气环境下，2℃/min升温至500℃，保温2h，制得Co40Sn60Ox。本实施例制得的Co40Sn60Ox在乙醇中分散形成均匀的分散液。图4所示为Co40Sn60Ox对乙醇的动态响应曲线，乙醇浓度为阶梯性分布(浓度梯度为2.5ppm、5ppm、10ppm，20ppm，30ppm，50ppm，80ppm，100ppm)，响应也呈现阶梯状分布，以100ppm乙醇材料响应为参考对比值。在350℃时，Co40Sn60Ox对100ppm乙醇的灵敏度为14.1。图5所示为本实施例制得的Co40Sn60Ox的SEM图，放大倍数为2万倍，呈多面体颗粒状分布。实施例3分别称取1.06gCo(NO3)2·6H2O和0.55gSnCl2·2H2O溶于20mL无水乙醇与20mL甲醇形成的混合溶液中，室温下搅拌至金属盐全部溶解形成均匀溶液A，溶液A中Co和Sn的摩尔比为3:2；称取2.01g的2-MI溶于20mL无水乙醇与20mL甲醇形成的混合溶液中，室温下搅拌至形成均匀溶液B；将溶液A快速加入溶液B，并静置24h，得到天蓝色沉淀，采用无水乙醇进行洗涤并干燥，即得到Co60Sn40-2MI前驱体沉淀。将Co60Sn40-2MI前驱体沉淀充分研磨，并称取0.5g置于马弗炉中，在空气环境下，2℃/min升温至50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CoSn双金属氧化物半导体材料，其特征在于，所述材料由不同摩尔比例的Co和Sn纳米颗粒组成，Co和Sn的摩尔比为0.1-10，纳米颗粒粒径为20-50nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种CoSn双金属氧化物半导体材料，其特征在于，所述材料由不同摩尔比例的Co和Sn纳米颗粒组成，Co和Sn的摩尔比为0.1-10，纳米颗粒粒径为20-50nm。


2.根据权利要求1所述的CoSn双金属氧化物半导体材料，其特征在于，所述材料在350℃时，对100ppm乙醇的灵敏度为14.1～50。


3.根据权利要求1所述的一种CoSn双金属氧化物半导体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)分别称取Co和Sn的金属盐，溶于无水乙醇或乙醇与甲醇的混合溶液中，搅拌形成澄清溶液A；
2)称取沉淀剂溶于无水乙醇或乙醇与甲醇的混合溶液中，搅拌形成澄清溶液B；
3)将步骤1)得到的溶液A快速加入步骤2)形成的溶液B中，充分静置，得到双金属氧化物前驱体沉淀；
4)采用无水乙醇对步骤3)得到的前驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓，徐瑶华，刘皓，赵文瑞，魏峰，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11