【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及甲醛气体检测，具体涉及一种高灵敏度的甲醛气敏材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、甲醛是一种无色、刺鼻的有毒气体，常出现在室内装修材料中。长期处于甲醛气体存在的环境中，会导致人体出现头晕、头疼、白血病等症状，严重的会导致死亡，对于低浓度甲醛气体而言，人体长期接触后会引起乏力、感觉障碍、免疫力降低，并可出现瞌睡、记忆力减退或神经衰弱、精神抑郁的症状，甚至出现呼吸功能障碍和肝中毒性病变，表现为肝细胞损伤、肝辐射能异常等。因此，对于甲醛气体，特别是对低浓度的甲醛气体的检测极其重要。
2、目前用于检测目标气体的传感器主要分为电化学、光纤和半导体气体传感器。其中，半导体气体传感器具有高灵敏、制备简单、成本低廉的优点，成为商业上的主流气体传感器。
3、现有技术中，期刊《la1-xsmxfeo3纳米粉体的制备及气敏性能研究》(张茹等，电子元件与材料，第30卷第1期2011年1月)中公开了用sm对lafeo3的a位进行掺杂，采用柠檬酸sol-gel法制备了la1-xsmxfeo3纳米粉体。但制得的la1-xsmxfeo3纳米粉体所制得的气敏元件对乙醇气体具有较高的灵敏度和较低的工作温度，但其对甲醛的灵敏度较低，且无法检测低浓度的甲醛气体。
4、目前主流的甲醛气体传感器普遍只能检测10ppm以上的甲醛气体，对低浓度的甲醛气体准确度不高，容易出现误报的情况，而对低浓度的甲醛气体的检测又极其重要。因此，研发对低浓度甲醛气体具有高灵敏和选择性的半导体气体传感器，具有十分重要的社会意义和经济价值。>
技术实现思路
1、基于上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提出一种高灵敏度的甲醛气敏材料及其制备方法和应用，并将气敏材料用于低浓度的甲醛气体传感器，可有效降低甲醛气体的检测浓度下限，同时具备高灵敏性和选择性，制备工艺简单，成本低廉，适合大规模商业化使用。
2、为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
3、本专利技术的第一方面，提供一种甲醛气敏材料，所述甲醛气敏材料为xwt％au-laysm1-yfe o3，xwt％为甲醛气敏材料中au的掺杂量，0.5％≤xwt％≤3％，0＜y≤0.3。
4、优选的，所述甲醛气敏材料具有中空管状纳米结构。
5、优选的，所述甲醛气敏材料的平均粒度为70-90nm，平均孔径为5-18nm，比表面积为18.0-18.5m2/g。
6、本专利技术的第二方面，提供了一种甲醛气敏材料的制备方法，包括如下步骤：
7、(1)将硝酸镧、硝酸铁、氧化钐、n,n-二甲基甲酰胺和聚乙烯吡咯烷酮混合后，溶解于稀硝酸，得混合液，再向混合液中加入氯金酸，搅拌得前驱体溶液；
8、(2)将前驱体溶液利用静电纺丝法制备纤维中间体，煅烧纤维中间体并研磨，即得甲醛气敏材料。
9、优选的，步骤(1)中，所述硝酸镧、硝酸铁、氧化钐、n,n-二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、氯金酸和稀硝酸的加入量比值为(0.5-3)mol：(0.5-3)mol：(0.01-0.2)mol：(30-60)ml：(20-50)g：(1-20)g：(100-200)ml。
10、优选的，步骤(1)中，所述硝酸的质量分数为8.5％。
11、优选的，步骤(1)中，搅拌时间为3-6h。
12、优选的，步骤(2)中，静电纺丝过程中，静电电压范围为10kv-20kv，静电纺丝所用注射器的针头与收集器之间的距离为10cm-20cm，注射速率为0.5ml/h-0.8ml/h。
13、进一步优选的，所述收集器为铝箔。
14、优选的，步骤(2)中，煅烧温度为600-800℃，煅烧时间为2-5h。
15、优选的，步骤(2)中，研磨时间为3-6h。
16、本专利技术的第三方面，提供甲醛气敏材料在检测甲醛和制备甲醛气敏传感器中的应用。
17、优选的，所述甲醛的浓度为0.1-5ppm。
18、本专利技术的第四方面，提供了一种甲醛气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
19、将甲醛气敏材料、去离子水和松油醇混匀后，得浆料；将浆料旋涂于三氧化二铝的陶瓷管表面，老化，即得甲醛气敏传感器。
20、优选的，所述甲醛气敏材料、去离子水和松油醇的加入量比为(1-3)g:(3-9)ml:(1-3)ml。
21、优选的，旋涂转速为600rpm，涂覆厚度为3-8μm。
22、优选的，老化温度为180-240℃，老化时间为16-24h。
23、本专利技术的有益效果：
24、利用静电纺丝方法制备的xwt％au-laysm1-yfeo3甲醛气敏材料，具有中空管状纳米结构，比表面积大，孔隙多，有利于气体的传输和扩散。贵金属au对材料的表面进行修饰改性，一方面会改变材料表面的势垒，表现为材料的初始电阻发生改变；另一方面则会提高气体分子的活跃性，增强氧化还原反应程度和提高反应速率，表现为气敏材料对甲醛气体具有更高的响应性、选择性和更短的响应-恢复时间。而稀土元素sm掺杂，可以改变材料内部的晶格形状，使其产生缺陷，进而影响材料的电化学属性。
25、本专利技术通过对铁酸镧材料进行au和sm进行掺杂改性，制得气敏材料可以用于检测0.1-5ppm的甲醛气体，并通过au和sm组合进行掺杂改性，在提高低浓度甲醛检测的灵敏度和选择性上具有协同增效作用。
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1.一种甲醛气敏材料，其特征在于，所述甲醛气敏材料为Xwt％Au-LaySm1-yFe O3，Xwt％为甲醛气敏材料中Au的掺杂量，0.5wt％≤Xwt％≤3wt％，0＜y≤0.3。
2.权利要求1所述的甲醛气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的甲醛气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硝酸镧、硝酸铁、氧化钐、N,N-二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、氯金酸和稀硝酸的加入量比值为(0.5-3)mol：(0.5-3)mol：(0.01-0.2)mol：(30-60)mL：(20-50)g：(1-20)g：(100-200)mL。
4.如权利要求2所述的甲醛气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，静电纺丝过程中，静电电压范围为10kV-20kV，静电纺丝所用注射器的针头与收集器之间的距离为10cm-20cm。
5.如权利要求2所述的甲醛气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，煅烧温度为600-800℃，煅烧时间为2-5h，注射速率为0.5mL/h-0.8mL/h。
6.权利
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述甲醛气体的浓度为0.1-5ppm。
8.一种甲醛气敏传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的甲醛气敏传感器的制备方法，其特征在于，老化温度为180-240℃，老化时间为16-24h。
10.如权利要求8所述的甲醛气敏传感器的制备方法，其特征在于，甲醛气敏材料、去离子水和松油醇的加入量比为(1-3)g:(3-9)mL:(1-3)mL。
...【技术特征摘要】
1.一种甲醛气敏材料，其特征在于，所述甲醛气敏材料为xwt％au-laysm1-yfe o3，xwt％为甲醛气敏材料中au的掺杂量，0.5wt％≤xwt％≤3wt％，0＜y≤0.3。
2.权利要求1所述的甲醛气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的甲醛气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硝酸镧、硝酸铁、氧化钐、n,n-二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、氯金酸和稀硝酸的加入量比值为(0.5-3)mol：(0.5-3)mol：(0.01-0.2)mol：(30-60)ml：(20-50)g：(1-20)g：(100-200)ml。
4.如权利要求2所述的甲醛气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，静电纺丝过程中，静电电压范围为10kv-20kv，静电纺丝所用注射器的针头与收...
【专利技术属性】
技术研发人员：张恒，宋扬，陈飞勇，胡明辉，赵文美，李英鑫，罗栋梁，王雨涵，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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