一种基于ZnO纳米壁的超快响应H2S气敏传感器及其制备方法

本发明涉及气体检测，具体涉及一种基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器及其制备方法。

背景技术：

1、zno作为第三代半导体，具有高电子迁移率、宽带隙、高耐压、热导率大以及抗辐射等重要优点，因此，zno一直是光敏、气敏和压敏等领域的热门材料，而其中由于zno纳米壁具有高比表面积的特点，在表面能提供大量的阳离子和阴离子吸附位点，使其能够更加有效地吸附和催化反应气体。

2、对于zno纳米壁的制备方法，有研究者通过热蒸发和冷凝法在al2o3衬底上喷涂1-3nm金薄膜作为催化剂，合成了zno纳米壁结构，但该方法对衬底的外延关系有要求，需要喷金薄膜作为催化剂在900℃左右来引导zno生长，生长成本较高，操作较复杂；还有研究者通过金属有机化学气相沉积在不使用金属催化剂的情况下在gan/蓝宝石衬底上合成了zno纳米壁网络，简化了操作，但是引入了gan薄膜，对生长的基底提出了更高要求的同时容易出现zno纳米壁粒径分布不均的问题。还有研究者通过磁控溅射在si/sio2基板上率先沉积一层催化铝薄膜(约65nm)，再经过化学浴沉积法，在化学浴中通过表面氧化-还原反应成功生长出zno纳米壁。相对于前面的制备方法，该方法能够简单、高效地制备出zno纳米壁，并且形貌和微观结构容易调控，但该方法仍需要在基底上面进行镀al膜的操作，对仪器设备和基底提出一定要求，成本偏高。

3、h2s气敏传感器是近些年zno材料气敏领域研究的主流方向。h2s是一种无色易燃，有腐蚀性，且具有臭鸡蛋味的有毒气体，h2s的存在会对人体造成眼睛刺激、疲劳、头痛、记忆力差、头晕等不良反应，高浓度h2s的暴露对人体呼吸系统具有严重影响，并且可能会麻痹神经导致组织缺氧，意识不清，伴随着神经系统后遗症，最终导致死亡。

4、目前，现有技术制得的h2s气敏传感器存在着制备方法复杂，成本高，制备效率低下，所制得的h2s气敏传感器也存在响应恢复时间慢，灵敏度差的问题，会极大的影响实际应用过程中的检测效率和检测效果。因此，开发研究快速响应和高度敏感的可检测h2s的传感材料是迫切需要的，对于保护环境安全和人类健康具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器及其制备方法，以解决现有h2s气敏传感器响应恢复时间慢和灵敏度差的问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)zno前驱体种子液的制备：称取乙酸锌溶于乙二醇甲醚中，然后加入乙醇胺和alcl3，经水浴加热搅拌，常温避光陈化，得到zno前驱体种子液；

5、(2)zno生长液的制备：称取硝酸锌和六次甲基四胺混合溶于去离子水中，搅拌，得到zno生长液；

6、(3)将基底浸没于步骤(1)制得的zno前驱体种子液中，然后取出，再进行热处理，处理完毕后冷却至室温；

7、(4)将步骤(2)制得的zno生长液与步骤(3)处理完毕的基底混合，进行水热生长，反应结束后清洗，热处理，冷却，制得。

8、进一步地，步骤(1)中乙酸锌、alcl3、乙二醇甲醚和乙醇胺的质量体积比为(0.8-1.2)g：(0.3-0.5)g：(20-30)ml：(0.2-0.4)ml。

9、优选地，步骤(1)中乙酸锌、alcl3、乙二醇甲醚和乙醇胺的质量体积比为1.095g：0.36g：25ml：0.3ml。

10、进一步地，步骤(1)中水浴加热搅拌的温度为50-80℃，转速为300-500r/min，时间为40-80min；避光陈化的时间为20-30h。

11、优选地，步骤(1)中水浴加热搅拌的温度为60℃，转速为400r/min，时间为60min，避光陈化的时间为24h。

12、进一步地，步骤(2)中的硝酸锌和六次甲基四胺与步骤(1)中的alcl3的质量比为(0.3-0.5)：(0.1-0.3)：(0.3-0.5)。

13、优选地，步骤(2)中的硝酸锌和六次甲基四胺与步骤(1)中的alcl3的质量比为0.372：0.175：0.36。

14、进一步地，步骤(2)中搅拌的转速为200-500r/min，时间为2-10min。

15、优选地，步骤(2)中搅拌的转速为400r/min，时间为5min。

16、进一步地，步骤(3)中的基底包括陶瓷、单晶氧化铝片、硅片或金电极。

17、进一步地，步骤(3)中浸没的时间为20-50s；热处理的温度为300-500℃，时间为40-80min。

18、优选地，步骤(3)中浸没的时间为30s；热处理的温度为400℃，时间为60min。

19、进一步地，步骤(4)中水热生长的温度为80-100℃，时间为5-8h。

20、优选地，步骤(4)中水热生长的温度为90℃，时间为6h。

21、进一步地，步骤(4)中热处理的温度为300-500℃，时间为40-80min。

22、优选地，步骤(4)中热处理的温度为400℃，时间为60min。

23、一种基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器，采用上述制备方法制得。

24、本发明具有以下有益效果：

25、(1)本发明提供了一种响应恢复速度极快(3s/18s)的zno基的h2s气敏传感器，比绝大部分金属氧化物材料所制备的h2s气敏传感器的响应恢复时间更快，同时本发明还具备优良的气体选择性，可以准确地对h2s气体做出响应，为环境监测、医疗诊断、工业生产等领域中的应用提供了理论支持和技术指导。

26、(2)本发明的制备方法简单便捷，成本低廉，具有极强的普适性与可操作性。可以从陶瓷管基底无缝完美转移至si片表面，同样也可以应用于任何不会与该系统发生反应的基底，扩展了该方法的应用范围和使用场景，具有极大的发展潜力。理论上，只要做好生长液浓度(生长速度)和al3+浓度的平衡，一个反应釜里面可以同时放上百个基底同时批量生长zno纳米壁，成本低，效率高。

技术特征：

1.一种基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中乙酸锌、alcl3、乙二醇甲醚和乙醇胺的质量体积比为(0.8-1.2)g：(0.3-0.5)g：(20-30)ml：(0.2-0.4)ml。

3.根据权利要求1所述的基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水浴加热搅拌的温度为50-80℃，转速为300-500r/min，时间为40-80min；避光陈化的时间为20-30h。

4.根据权利要求1所述的基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的硝酸锌和六次甲基四胺与所述步骤(1)中的alcl3的质量比为(0.3-0.5)：(0.1-0.3)：(0.3-0.5)。

5.根据权利要求1所述的基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中搅拌的转速为200-500r/min，时间为2-10min。

6.根据权利要求1所述的基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的基底包括陶瓷、单晶氧化铝片、硅片或金电极。

7.根据权利要求1所述的基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中浸没的时间为20-50s；热处理的温度为300-500℃，时间为40-80min。

8.根据权利要求1所述的基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中水热生长的温度为80-100℃，时间为5-8h。

9.根据权利要求1所述的基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中热处理的温度为300-500℃，时间为40-80min。

10.一种基于zno纳米壁的超快响应h2s气敏传感器，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。

技术总结
本发明公开了一种基于ZnO纳米壁的超快响应H<subgt;2</subgt;S气敏传感器及其制备方法，属于气体检测技术领域。上述H<subgt;2</subgt;S气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)制备ZnO前驱体种子液；(2)制备ZnO生长液；(3)将基底浸没于ZnO前驱体种子液，然后取出进行热处理，冷却；(4)将步骤(3)处理完毕的基底与ZnO生长液混合，进行水热生长，清洗，热处理，冷却，制得。本发明的制备方法简单便捷，成本低廉，具有极强的普适性与可操作性；本发明制得的H<subgt;2</subgt;S气敏传感器具备更快的响应恢复时间，优良的气体选择性，可以准确地对H<subgt;2</subgt;S气体做出响应，为环境监测、医疗诊断、工业生产等领域中的应用提供了理论支持和技术指导。

技术研发人员：曹宝宝,黄俊
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15