一种丙酮传感器、制备方法及应用技术

本发明专利技术属于气体传感器制备技术领域，公开了一种丙酮传感器、制备方法及应用，所述丙酮传感器的制备方法包括：以硝酸锌和硝酸铁为金属盐，去离子水为溶剂，NaCl直接作为结构模板，通过控制NaCl含量调节ZnFe2O4的形貌和结构；通过一步化学气相沉积法合成ZnFe2O4实心和褶皱空心微球材料；获得基于ZnFe2O4实心和褶皱空心微球材料的气体传感器。本发明专利技术所用的绿色模板氯具有良好的热稳定性、无污染、无需任何严格的化学烧蚀即可轻松去除、通常不参与化学反应等优点，避免常规方法中模板成本高且合成过程繁琐、去除过程涉及苛刻的化学蚀刻或热解等问题，合成的敏感材料的比表面积和灵敏度高，能实现对丙酮的有效检测。能实现对丙酮的有效检测。能实现对丙酮的有效检测。

【技术实现步骤摘要】
一种丙酮传感器、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于气体传感器制备
，尤其涉及一种丙酮传感器、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]目前，丙酮(acetone，C3H6O)，是一种具有代表性的易燃、易挥发有机化合物。丙酮在工业上主要作为溶剂用于炸药、油脂、喷漆等行业中，也广泛用于实验室中作为有机合成原料，有机溶剂等。同时丙酮也是一种有剧毒性的有机化合物，长期处于高浓度的丙酮环境中时，可能会引起头痛、支气管炎、中枢神经系统损害等健康问题。同时，丙酮也是I型糖尿病患者的呼气生物标志物，在I型糖尿病人中的丙酮浓度超过1.8ppm，健康人呼气中的丙酮的浓度仅仅只有0.3ppm～0.9ppm。由于丙酮广泛存在于人类的工业和日常生活中，并且长期接触丙酮会对环境和人体健康产生严重的危害，因此开发高性能丙酮气体传感器是非常重要的。
[0003]化学传感器为构建可靠、实时的传感装置提供了有效途径，广泛用于有毒有害VOC气体的检测。其中，具有尖晶石结构的ZnFe2O4由于其独特的结构和理化性质、高灵敏度、低成本和环境友好性而被广泛应用于气体传感器中。同时提高ZnFe2O4的气敏性能方面仍有很大的潜力，这对于气体传感器的实际应用很重要。大量研究表明，具有高比表面积、低密度和优异表面渗透性的空心微球等微观结构通常表现出优异的气敏性能。大的比表面积可以增加敏感材料表面的活性位点，吸附更多的氧气和俘获更多的电子，从而导致传感器电阻的更大变化。因此，需要寻求具有高比表面积的中空结构来提高气体传感器的性能。
[0004]中空结构最稳定的合成方法主要基于模板方法。然而，模板成本高且合成过程繁琐，其去除过程涉及苛刻的化学蚀刻或热解。因此，寻找一种简单、温和、低成本的绿色模板来合成ZnFe2O4空心微球具有重要的科学和现实意义。氯化钠(NaCl)具有良好的热稳定性、无污染、无需任何严格的化学烧蚀即可轻松去除、通常不参与化学反应等优点，可作为制备高质量中空纳米结构的理想绿色模板。因此，NaCl晶体可以作为绿色模板，在被水去除后产生孔隙而不会受到任何污染。同时控制NaCl的含量有效地调节了ZnFe2O4的形貌和结构。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有基于模板方法的中空结构的合成中，模板成本高且合成过程繁琐，其去除过程涉及苛刻的化学蚀刻或热解。
[0006]解决以上问题及缺陷的难度为：寻找一种简单温和、低成本、无污染、无需任何严格的化学烧蚀即可轻松去除的绿色模板来合成空心微球。寻找一种一步简单的合成方法合成中空结构敏感材料，并且提高敏感材料的比表面积和灵敏度，实现对丙酮的有效检测。
[0007]解决以上问题及缺陷的意义为：解决中空结构合成过程中所需模板成本高、合成过程繁琐、去除过程需要苛刻的化学蚀刻或热解等问题。找到了一种简单温和、低成本、无污染、无需任何严格的化学烧蚀即可轻松去除的绿色模板来合成空心微球。并且通过一种一步简单的合成方法合成中空结构敏感材料，同时也制备一种具有高灵敏度的气体传感器，并且成功的提高敏感材料的比表面积和灵敏度，实现了对丙酮的有效检测。通过简单的
一步化学气相沉积法，并且通过寻找到的具有良好的热稳定性、无污染、无需化学烧蚀即可轻松去除的绿色模板氯化钠(NaCl)不仅合成了中空结构的敏感材料，同时合成的ZnFe2O4敏感材料还是一种具有褶皱空心结构的微球材料，敏感材料的比表面积高达185.24m2/g，灵敏度也得到了进一步提高，在200℃的最佳工作温度下对100ppm丙酮的响应高达95.0。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种丙酮传感器、制备方法及应用，尤其涉及一种基于绿色NaCl模板的丙酮传感器、制备方法及应用。
[0009]本专利技术是这样实现的，一种丙酮传感器的制备方法，所述丙酮传感器的制备方法包括以下步骤：
[0010]步骤一，以硝酸锌和硝酸铁为金属盐，去离子水为溶剂，NaCl直接作为结构模板，通过控制NaCl的含量调节ZnFe2O4的形貌和结构；
[0011]步骤二，通过一步化学气相沉积法合成ZnFe2O4实心和褶皱空心微球材料；
[0012]步骤三，获得基于ZnFe2O4实心和褶皱空心微球材料的气体传感器。
[0013]本专利技术通过化学药品的添加和后续的合成过程，才能制备合成此专利技术中提到的敏感材料，才能获得具体的气体传感器测试其性能。
[0014]进一步，所述步骤一中的硝酸锌的含量为2～4mmol，所述硝酸铁的含量为5～7mmol；所述去离子水溶液的含量为50～110mL；所述NaCl的含量为0～70mmol。
[0015]进一步，所述骤一中通过控制模板NaCl的含量控制ZnFe2O4的形貌和结构，进而获得褶皱空心微球。
[0016]进一步，所述步骤一中的ZnFe2O4的结构包括实心和褶皱空心微球。
[0017]进一步，所述步骤一中和步骤二中的ZnFe2O4实心和褶皱空心微球材料的制备方法包括：
[0018](1)将硝酸锌，硝酸铁和NaCl于去离子水中，在室温下连续充分搅拌2～4h获得均匀透明的黄色溶液，此溶液作为化学气相沉积法的前驱溶液；
[0019](2)将前驱溶液被雾化器雾化产生大量雾气，雾化的水滴被载气送入管式炉中反应，管式炉中反应包括水蒸气蒸发和氧化热解反应；
[0020](3)待化学气相沉积过程结束，获得的粉末被搜集到锥形瓶中后，转移到离心管中，通过乙醇和去离子水对粉末进行多次洗涤，将去除杂质后的产物在60～80℃的烘箱中干燥12h获得干燥的粉末；
[0021](4)干燥后的产物会在500～700℃的高温马弗炉中煅烧1～3h，最终得到结构为实心和褶皱空心微球的ZnFe2O4敏感材料。
[0022]进一步，所述步骤(2)中的通过化学气相沉积法获得实心和褶皱空心微球材料所用载气为氮气，流速为400～700mL/min；所述通过化学气相沉积法获得实心和褶皱空心微球材料所用管式炉的工作温度为600～800℃。
[0023]进一步，所述步骤二中的ZnFe2O4的结构包括实心和褶皱空心微球的比表面积分别为18.91m2/g、185.24m2/g。
[0024]进一步，所述步骤三中的ZnFe2O4实心气体传感器的工作温度为275℃，对100ppm丙酮的响应为9.75；所述ZnFe2O4褶皱空心微球在200℃的最佳工作温度下对100ppm丙酮的响
应高达95.0。
[0025]本专利技术的上述参数明确了这些化学药品的添加的量，以及详细叙述了具体的合成过程，所用设备个各种参数，才能保证能够合成此专利技术中提到的敏感材料，才能获得具体的气体传感器测试其性能。并且确保了合成的材料有此专利技术中提到的高比表面积和高性能。
[0026]本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述的丙酮传感器的制备方法制备得到的基于ZnFe2O4实心和褶皱空心微球材料的气体传感器。
[0027]本专利技术的另一目的在于提供一种所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种丙酮传感器的制备方法，其特征在于，所述丙酮传感器的制备方法包括以下步骤：步骤一，以硝酸锌和硝酸铁为金属盐，去离子水为溶剂，NaCl直接作为结构模板，通过控制NaCl的含量调节ZnFe2O4的形貌和结构；步骤二，通过一步化学气相沉积法合成ZnFe2O4实心和褶皱空心微球材料；步骤三，获得基于ZnFe2O4实心和褶皱空心微球材料的气体传感器。2.如权利要求1所述的丙酮传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的硝酸锌的含量为2～4mmol，所述硝酸铁的含量为5～7mmol；所述去离子水溶液的含量为50～110mL；所述NaCl的含量为0～70mmol。3.如权利要求1所述的丙酮传感器的制备方法，其特征在于，所述骤一中通过控制模板NaCl的含量控制ZnFe2O4的形貌和结构，进而获得褶皱空心微球。4.如权利要求1所述的丙酮传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的ZnFe2O4的结构包括实心和褶皱空心微球。5.如权利要求1所述的丙酮传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤一中和步骤二中的ZnFe2O4实心和褶皱空心微球材料的制备方法包括：(1)将硝酸锌，硝酸铁和NaCl于去离子水中，在室温下连续充分搅拌2～4h获得均匀透明的黄色溶液，此溶液作为化学气相沉积法的前驱溶液；(2)将前驱溶液被雾化器雾化产生大量雾气，雾化的水滴被载气送入管式炉中反应，管式炉中反应包括水蒸气蒸发和氧化热解反应；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鹏飞，吕丽，王莹麟，郝熙冬，孙善富，雷朝晖，孙国盼，陈思甜，
申请(专利权)人：扬州嗅天电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：