专利名称：一种高选择性二氧化锡/碳纳米管气敏传感器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体传感技术领域，尤其是涉及一种高选择性二氧化锡/碳纳米管气敏传感器件的制作方法。
背景技术：
在燃气的使用过程中，安全非常重要。我发现，现有的很多灶具和热水器都附带了燃气泄漏报警器。但是，上海的天然气爆燃事故每年依然会发生很多起，此类爆炸 事故往往都会造成财产的损失，甚至有些时候还会造成人身的伤亡。由于在厨房的环境中，经常有油烟的存在，油烟中含有很多有机小分子，烃类物质。这些气体都可以吸附在气体表面，同样会产生电阻变化。所以传感器也会对这些气体产生响应。因为传感器不能很好地区分天然气泄漏和厨房油烟，就会产生误报和漏报，造成安全隐患。SnOJt为一种良好的N型半导体材料，具有较宽的禁带宽度(Eg = 3. 6eV, T =300K)。由于它具有优良的阻燃性、特异的光电性能和气敏特性，被广泛应用于气敏元件、湿敏材料、液晶显示、锂电池、催化剂、光探测器、半导体元件、电极材料、保护涂层及太阳能电池等技术领域。由于二氧化锡的气敏性机理属于表面接触型，具体的是当SnO2与还原性气体如H2, CO, CH4, C2H5OH等相接触时，会使SnO2的载流子增加即电子浓度增加，电阻率减小，最终反映出来的电阻变小；当接触氧化性气体如02、N0x等时，材料电子浓度减小，电阻增加。利用SnO2对不同气体的电阻率的变化不同而表现出的灵敏度不同，又由于灵敏度的差异而在与不同的气体接触时，传感器则会体现出其对于某种气体的选择性能。由于其表面控制型的特点，在与气体接触时，比表面积以及材料的结构在其性能的提高和改进方面起到关键的作用。本发明提出并制备了新型纳米管/ 二氧化锡复合气敏材料，制备了气体传感器。该方法反应条件温和，操作简单，可大规模生产，且生产周期短，具有广泛的工业应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种高选择性二氧化锡/碳纳米管气敏传感器件的制作方法。该方法包括以下步骤a.首先称取一定量的Al2O3模板，并将其在马弗炉中在高温下进行预处理，其进行活化。与此同时，称取相应量的SnCl4 *9H20，并将其溶于蒸馏水中，并加入适量的盐酸以防止SnCl4的水解，在磁力搅拌器上进行搅拌；A1203模板和SnCl4 9H20的质量比为2:3;b.将预处理好的氧化铝模板加入到上述的溶液中，并进行抽真空的处理，以达到SnCl4浸入到氧化铝模板的孔道中的效果，并将铝模板取出，进行干燥，SnCl4的颗粒将均匀的分布在氧化铝模板的孔道内部；C.将上述的材料置于马弗炉中，在600°C下进行煅烧处理，将SnCl4氧化为气敏材料 SnO2 ；d.将上述获取的材料置于化学气相沉积管式炉中，先通入乙炔气体5分钟，以将管中的空气等气体驱逐。然后进行在通气的过程中加热，加热温度为800°C。乙炔气体在此过程中会进入氧化铝模板的孔道，并在无氧高温加热的条件下分解，形成的碳会附着在孔道内表面，形成管状结构的碳纳米管，且上一步得到的二氧化锡会镶嵌在碳纳米管的内壁上。e.将上述材料至于0. 5mol/L的氢氧化钠溶液中，在磁力搅拌器上搅拌6h以达到完全去除氧化铝模板的作用；
f.将上述的溶液过滤、烘干即可得到碳纳米管/ 二氧化锡复合材料；g.将上面制备的材料采用通常的厚膜传感器制备技术制备成高选择性气体传感器。本发明方法的原理和特点是本发明方法中，采用Al2O3作为模板，由于模板上孔的大小结构均匀，将其浸溃在一定浓度的氯化锡溶液中，氯化锡将均匀的分布到氧化铝的表面，通过煅烧将氯化锡氧化为气敏材料氧化锡。然后，通过乙炔气体热解的方法，利用Al2O3模板的孔道结构限制其生长，最终使碳附着。将氧化铝在氢氧化钠溶液中去除后便得到了碳纳米管/ 二氧化锡复合材料。将合成的材料制备成传感器，和市场上的传感器进行气敏性能的比较，本发明所得材料对甲烷气体的灵敏度和选择性大大增强。本发明方便工艺简单，操作方便，且成本低廉。本发明的产物具有较好的气敏效果。
图I为本发明实施例I所得碳纳米管/二氧化锡复合材料的整体电镜透射效果示意图。图2本发明实施例I所得碳纳米管/二氧化锡复合材料的局部电镜透射效果示意图。图3为实施例I中得到的材料制成传感器后的气敏性能图。
具体实施例方式为了更好阐述本发明，下面结合具体实例作进一步描述实施例I一种高选择性二氧化锡/碳纳米管气敏传感器件的制作方法，该方法包括以下步骤(I)首先在电子天平上称取4. Og的Al2O3模板，并将其在马弗炉中在高温下进行预处理，以去除氧化铝表面的杂质物质，并将其进行活化。与此同时，称取6. Og的SnCl4-9H20,并将其溶于IOOml的蒸馏水中，并加入适量的盐酸以防止SnCl4的水解，在磁力搅拌器上进行搅拌。(2)将预处理好的氧化铝模板加入到上述的溶液中，并进行抽真空的处理，然后将铝模板取出，进行干燥，SnCl4的颗粒将均匀的分布在氧化铝模板的孔道内部。(3)将上述的材料置于马弗炉中，在600°C下进行煅烧处理，将SnCl4氧化为气敏材料SnO2。(4)将上述获取的材料置于化学气相沉积管式炉中，先通入こ炔气体5分钟，以将管中的空气等气体驱逐。然后进行在通气的过程中加热，加热温度为800°C，时间为lh。(5)将得到的上述的材料置于5%氢氧化溶液中，在磁力搅拌器上搅拌6h以达到完全去除氧化铝模板的作用。(6)将上述的溶液过滤、烘干即可得到最終的碳纳米管/ ニ氧化锡复合材料。实施例2本实施例中的步骤与上述实施例I完全相同。不同的是本实施例中没有第二步骤的氯化亚锡的浸溃，最終制得碳纳米管。实施例3本实施例中的步骤与上述实施例I完全相同。不同的是此实施例中的第一步中的SnCl4 · 9H20的加入量改为3. Og,并最终制得碳纳米管/ ニ氧化锡复合材料。实施例4本实施例中的步骤与上述实施例I完全相同。不同的是此实施例中的第一步中的SnCl4 · 9H20的加入量改为9. 0g，最终制得碳纳米管/ ニ氧化锡复合材料。实施例5本实施例中的步骤与上述实施例I完全相同。不同的是此实施例中第四步中的通气的加热过程中，加热温度为600°C，最終制得碳纳米管/ ニ氧化锡复合材料。实施例6本实施例中的步骤与上述实施例I完全相同。不同的是此实施例中的第四步中的通气的加热过程中，加热时间改为2h，最终制得碳纳米管/ ニ氧化锡复合材料。以上实施例2、实施例3，实施例4，实施例5，实施例6的产物碳纳米管/ ニ氧化锡复合材料，同实施例I均具有相似的TEM图。对本发明对比例和实施例中所得产物碳纳米管/ ニ氧化锡复合材料进行TEM分祈，并测试其对甲烷的气敏性能。对碳纳米管/ ニ氧化锡复合材料的TEM仪器检测如图I、图2所示，为实施例I中所得碳纳米管/ ニ氧化锡复合材料的电镜(TEM)透射效果示意图。采用日本电子JEOL场发射高分辨扫描电子显微镜(JSM-6700F)和日本电子JEOL透射电子显微镜(JE0L 200CX)来观察碳纳米管/ ニ氧化锡复合材料的形貌，从图I可知，实施例I合成了结构均匀的碳纳米管，由图2可知，ニ氧化锡颗粒均与的附着到了碳管上。如图3所示，材料制备的传感器件的灵敏度曲线，试验中对浓度分别为50ppm、100ppm、150ppm、200ppm、250ppm时的ニ甲基硝胺、苯并花、甲基萘、甲烧、一氧化碳进行了气敏性能的测试。可以看到，对甲烷的灵敏度很高，而对ニ甲基硝胺、苯并芘、甲基萘等油烟的主要成分，基本上是不灵敏的。尽管本发明依照其优选实施方式描述，但是存在落入本发明范围内的改变、置換和各种替代等同物。这里提供的示例仅是说明性的，而不是对本发明的限制。
为了简明，本说明书省略了对公知技术 的描述。
权利要求
1.一种高选择性ニ氧化锡/碳纳米管气敏传感器件的制作方法，其特征在于该方法包含以下步骤 a.首先称取一定量的Al2O3模板，并将其在马弗炉中在高温下进行预处理，其进行活化。与此同时，称取相应量的SnCl4 ·9Η20，并将其溶于蒸馏水中，并加入适量的盐酸以防止SnCl4的水解，在磁力搅拌器上进行搅拌； b.将预处理好的氧化铝模板加入到上述的溶液中，并进行抽真空的处理，以达到SnCl4浸入到氧化铝模板的孔道中的效果，并将铝模板取出，进行干燥，SnCl4的颗粒将均匀的分布在氧化铝模板的孔道内部； c.将上述的材料置于马弗炉中，在600°C下进行煅烧处理，将SnCl4氧化为气敏材料SnO2 ； d.将上述获取的材料置于化学气相沉积管式炉中，先通入こ炔气体5分钟，以将管中的空气等气体驱逐。然后进行在通气的过程中加热，加热温度为800°C，こ炔气体在此过程中会进入氧化铝模板的孔道，并在无氧高温加热的条件下分解，形成的碳会附着在孔道内表面，形成管状结构的碳纳米管，且上ー步得到的ニ氧化锡会镶嵌在碳纳米管的内壁上。
e.将上述材料至于O.5mol/L的氢氧化钠溶液中，在磁力搅拌器上搅拌6h以达到完全去除氧化铝模板的作用； f.将上述的溶液过滤、烘干即可得到碳纳米管/ニ氧化锡复合材料； g.将上面制备的材料采用通常的厚膜传感器制备方法，制备成气体传感器，应用于甲烷气体检测。
2.如权利要求I所述的ー种选择性ニ氧化锡/碳纳米管气敏传感器件的制作方法，其特征在于所述Al2O3模板和SnCl4 · 9H20的质量比为2 3。
全文摘要
本发明提供一种高选择性二氧化锡/碳纳米管气敏传感器件的制作方法，该方法采用Al2O3作为模板，由于模板上孔的大小结构均匀，将其浸渍在一定浓度的氯化锡溶液中，氯化锡将均匀的分布到氧化铝的表面，通过煅烧将氯化锡氧化为气敏材料氧化锡。然后，通过乙炔气体热解的方法，利用Al2O3模板的孔道结构限制其生长，最终使碳附着。将氧化铝在氢氧化钠溶液中去除后便得到了碳纳米管/二氧化锡复合材料。将合成的材料制备成传感器，和市场上的传感器进行气敏性能的比较，该材料对甲烷气体的灵敏度和选择性大大增强。本发明具有工艺简单，操作方便，且成本低廉的优点，具有广泛的工业应用前景。
文档编号G01N27/12GK102680537SQ20111005943
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者雷振东 申请人:雷振东