一种CoSn双金属氧化物半导体材料及其制备方法与流程

本发明属于气体传感器技术领域，尤其涉及一种cosn双金属氧化物半导体材料及其制备方法。

背景技术：

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。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种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；

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℃。

本发明的有益效果在于：

1、本发明制备方式简便易行，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、本发明制备的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为本发明实施例1所制备的co50sn50ox的乙醇气敏性能测试图；

图2为本发明实施例1所制备的co50sn50ox的甲烷、氨气气敏性能测试图；

图3为本发明实施例1所制备的co50sn50ox的sem图；

图4为本发明实施例2所制备的co40sn60ox的乙醇气敏性能测试图；

图5为本发明实施例2所制备的co40sn60ox的sem图；

图6为本发明实施例3所制备的co60sn40ox的乙醇气敏性能测试图；

图7为本发明实施例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发明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500℃，保温2h，制得co60sn40ox。

本实施例制得的co60sn40ox在乙醇中分散形成均匀的分散液。图6所示为co60sn40ox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，co60sn40ox对100ppm乙醇的灵敏度为43.7。

图7所示为本实施例制得的co60sn40ox的sem图，放大倍数为2万倍，呈颗粒状分布。