气敏材料的制备方法及其产品和在氢气传感器的应用与流程

本发明涉及气体传感器，具体涉及一种气敏材料的制备方法及其产品和在氢气传感器的应用。

背景技术：

1、氢能源的应用日益广泛，社会对氢能安全性的质疑也一直伴随着其产生与发展。在锂电池安全方面，对于锂电池热失控的产生，氢气检测也可以实现对热失控快速高效的预警，借助于氢气检测能够及时发现并控制锂电池热失控的事故发生。

2、在各种类型的氢气传感器中，半导体电阻型氢气传感器由于其结构简单和低成本而成为最有应用前景的氢气传感器之一。其中，基于半导体金属氧化物的氢气传感器的工作原理是利用 h2分子和金属氧化物表面吸附的氧离子之间的相互作用而引起电信号（电阻）的变化，从而进行氢气的检测。

3、目前针对锂电池热失控的情况发生，应用半导体电阻型氢气传感器对氢气进行检测，实现对热失控快速高效的预警，半导体电阻型氢气传感器目前存在的问题主要有：

4、1）对其他气体的选择性较差，容易产生误报；

5、2）在高湿度的环境下，响应值降低；

6、3）在氢气浓度较低时，灵敏度比较低；

7、4）工作温度一般较高，需在300℃以上的加热条件下运行。

8、以上问题都限制了针对锂电池热失控预警使用过程中半导体电阻型氢气传感器的使用条件和使用场合。

技术实现思路

1、针对现有技术针对锂电池热失控预警使用过程中半导体电阻型氢气传感器的使用条件和使用场合均受条件限制的技术问题，本发明提供一种气敏材料的制备方法及其产品和在氢气传感器的应用。

2、本发明提供一种气敏材料的制备方法，包括以下步骤：s1，将微纳碳球、金属盐a、尿素、金属盐b加入去离子水或乙醇溶剂中，搅拌后洗涤并烘干，微纳碳球尺寸为100-1000nm，金属盐a包括但不限于zn(no3)2、sncl2·2h2o、(nh4)6w7o24•6h2o、ti(so4)2，金属盐b包括但不限于pdcl2、agno3、h2ptcl6·6h2o、coco3、(nh4)6mo7o24·4h2o；其中，微纳碳球、金属盐a、尿素、金属盐b的摩尔质量比为2：1：1：0.05 - 2：1：1：0.2；s2，将s1得到产物在200-700℃环境下灼烧，灼烧时间为1-5h；s3，将s2中处理完成的产物和碳材料加入去离子水或乙醇溶剂中，搅拌、洗涤并烘干；s4，将s3中处理完成的产物在氢气环境下还原，还原温度为200-600℃，还原时间为1-5h。

3、进一步的，碳材料包括氧化石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或多种。

4、进一步的，碳材料为氧化石墨烯。

5、进一步的，金属盐a为zn(no3)2，金属盐b为pdcl2。

6、进一步的，金属盐a为sncl2·2h2o，金属盐b为agno3。

7、进一步的，金属盐a为ti(so4)2，金属盐b为coco3。

8、进一步的，金属盐a为（nh4）6w7o24•6h2o，金属盐b为h2ptcl6·6h2o。

9、本发明还提供一种根据气敏材料的制备方法得到的气敏材料。

10、本发明还提供一种气敏材料在半导体电阻型氢气传感器上的应用，将s4中得到的气敏材料附着于叉指电极上，进行老化，老化温度为60-300℃，老化时间为5-15d。

11、进一步的，将s4中得到的气敏材料附着于叉指电极的方式为厚膜工艺或涂覆工艺。

12、本发明的有益效果在于：

13、本发明的气敏材料中，半导体p-n结的形成以及金属掺杂具备氢催化性能，大幅提升传感器选择性及低温工作性能，实现对氢气的特异性响应，低温工作性能体现为无需加热或在室温至400℃的加热条件下使用，实现宽工作温度范围调控；

14、本发明中的气敏材料，在氢气氛围下进行高温氢还原，材料表面的go（氧化石墨烯）被还原成rgo（还原氧化石墨烯）,最终获得金属氧化物掺杂不同金属并包覆rgo纳米复合材料，延展性高，疏松多孔的形貌比表面积较高，实现高灵敏度氢气检测，可以检测ppm级别低浓度氢气。

15、包覆于金属氧化物表面的rgo具有抗湿性，对水的接触角较大，传感器在高湿度环境下可正常使用。

16、本发明在复杂环境条件下，对氢气具有高选择性，误报率低。

技术特征：

1.一种气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种气敏材料的制备方法，其特征在于，

3.如权利要求2所述的一种气敏材料的制备方法，其特征在于，

4.如权利要求2所述的一种气敏材料的制备方法，其特征在于，

5.如权利要求2所述的一种气敏材料的制备方法，其特征在于，

6.如权利要求2所述的一种气敏材料的制备方法，其特征在于，

7.如权利要求2所述的一种气敏材料的制备方法，其特征在于，

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的制备方法得到的气敏材料。

9.一种如权利要求1所述的气敏材料在半导体电阻型氢气传感器上的应用，其特征在于，将s4中得到的气敏材料附着于叉指电极上，进行老化，老化温度为60-300℃，老化时间为5-15d。

10.一种如权利要求9所述的气敏材料在半导体电阻型氢气传感器上的应用，其特征在于，将s4中得到的气敏材料附着于叉指电极的方式为厚膜工艺或涂覆工艺。

技术总结
本发明涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种气敏材料的制备方法及其产品和在氢气传感器的应用。本发明提供一种气敏材料的制备方法及其产品和在氢气传感器的应用，S1，将微纳碳球、金属盐A、尿素、金属盐B加入去离子水或乙醇溶剂中，搅拌洗涤烘干，微纳碳球、金属盐A、尿素、金属盐B的摩尔质量比为2：1：1：0.05‑2：1：1：0.2；S2，将S1得到产物在200‑700℃环境下灼烧1‑5h；S3，将S2中处理完成的产物和碳材料加入去离子水或乙醇溶剂中，搅拌、洗涤并烘干；S4，将S3中处理完成的产物在氢气环境下还原，还原温度为200‑600℃，还原时间为1‑5h；将S4中得到的气敏材料附着于叉指电极上，进行老化。本发明氢气检测具有高灵敏度，可以检测ppm级别低浓度氢气。

技术研发人员：邱彤,赵磊,鲁明东,刘玉玺,辛永会
受保护的技术使用者：烟台创为新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/2