专利名称：新型二氧化锡基纳米气敏材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料的技术领域，具体地说是涉及一种电子元件材料，特别是涉及一种二氧化锡(SnO2)基纳米气敏材料及制备方法。
背景技术：
由于二氧化锡基纳米材料具有良好的气敏特性，所以广泛用于气敏传感器制造业。为了改良这类传感器的灵敏度和选择性、响应速度以及恢复时间，目前业内研究者所做的研究工作主要在于以下几个方面①使材料颗粒尽可能细，最好制成纳米材料，增大单位比表面积，提高灵敏度；②将气敏材料制成薄膜，以便增大与气体的接触面积，提高灵敏度；③掺入贵金属元素或稀土元素，进一步提高材料的灵敏度和选择性。这些方法尽管能有效地改善了二氧化锡基材料的气敏特性，但也存在着工艺复杂，微结构不易控制和成本较高等问题。国家知识产权局2003年11月19日授权公告了一种“含二氧化锡基纳米晶粉体及二氧化锡基厚膜甲烷敏感材料的制备方法”(授权公告号为1128479)的发明专利，该发明专利所公开的技术方案是按比例把Al2O3、SiO2细微粉体和Pd催化剂加入特定pH值范围的四氯化锡溶液中，在100℃以上进行水热化学反应和活化处理，获得二氧化锡纳米晶复合粉体。该专利技术所获得的二氧化锡纳米晶复合粉体材料的技术效果在专利文献未见表述，其它文献中也未见报道，但就其披露的技术方案本身来看仍存在上述不足。

发明内容
鉴于现有技术存在上述不足，本发明所要解决的技术问题是寻求一种新配方，简化制备工艺，调整二氧化锡基纳米气敏材料的微结构，改良其气敏特性。
本发明解决上述技术问题的技术解决方案是一种二氧化锡基纳米气敏材料，其特征在于按净值摩尔(份)配比该气敏材料由以下组分组成氯化亚锡(SnCl2·2H2O) 1；十二烷基苯磺酸钠(C18H29NaO3S) 1～2；硼氢化钾(KBH4) 2；三氧化二锑(Sb2O3) 0.01～0.04；正硅酸乙酯(C6H20O4Si) 0.02～0.05；碳纳米管 0.1～0.4。
一种制备上述二氧化锡基纳米气敏材料的方法，首先按摩尔比计算称取氯化亚锡、十二烷基苯磺酸钠、硼氢化钾、三氧化二锑和正硅酸乙酯进行配料、研磨、干燥、预烧制得锑和硅掺杂的二氧化锡(SnO2)纳米粉体，其特征在于在制得二氧化锡纳米粉体中按所述的摩尔比掺入碳纳米管并分散均匀。
由于纳米碳管具有中空结构和大的壁表面积，对气体具有很大的吸附能力，尤其是具有遇600℃以上的高温就气化的物理特性，使得使用本发明所述的二氧化锡基纳米气敏材料所制作的气敏元件的灵敏度有显著的提高。为了检验本发明的效果，创造者使用本发明所述的二氧化锡基纳米气敏材料制成旁热式厚膜气敏元件进行实测，在V＝4～5v的加热电压下对乙醇气体有较高的灵敏度。实测结果乙醇气体浓度为500ppm时，灵敏度K值可达到20以上。创造者还使用电子扫描显微镜对所制得的元件进行微观观察，发现其气孔率较现有的同类材料明显增加，而且分布均匀，呈网络状。另外，本发明所述的二氧化锡基纳米气敏材料的成本较普通掺贵金属元素的二氧化锡基纳米气敏材料低50％。
具体实施例方式下面结合具体的实例对本发明做进一步的说明，但本发明的范围不限于这些特定例子。
实施例1按净值摩尔(份)比称取氯化亚锡1份；十二烷基苯磺酸钠1份；硼氢化钾2份；三氧化二锑0.03份；正硅酸乙酯0.02份；碳纳米管0.3份后按下述步骤制备A)先将反应物颗粒氯化亚锡和一半十二烷基苯磺酸钠在玛瑙研钵内各自研磨10分钟，再混合研磨10分钟，然后将反应物颗粒硼氢化钾和剩下的一半十二烷基苯磺酸钠同样先在玛瑙研钵内各自研磨10分钟，再混合研磨10分钟，最后将上述两步的最终产物混合，研磨30分钟，在空气中放置12小时；B)将正硅酸乙酯用适量乙醇稀释，滴加去离子水产生乳状沉淀，再将三氧化二锑用适量盐酸溶解，滴加去离子水产生乳状沉淀，直至PH＝6.将两种乳状沉淀与上步制得的粉末混合，在磁力搅拌器中搅拌1h，然后用乙醇和去离子水反复洗涤，所得颗粒放入干燥箱内干燥；C)将步骤A和B所得的干燥物混合后在800℃退火处理3小时，制得二氧化锡纳米粉体。
D)将步骤C所得的二氧化锡纳米粉体中掺入0.3份碳纳米管，经充分球磨或超声波分散均匀即得本发明所述的新型二氧化锡基纳米气敏材料。由于步骤C所得的二氧化锡纳米粉体和碳纳米管本身都是纳米级的，球磨的目的是使碳纳米管均匀分布在二氧化锡气敏材料中，在制作元件的过程中通过烧结所产生的气孔均匀，而且呈网络状分布，有利于气体分子的吸附和解吸，提高所制得气敏元件的灵敏度。
用上述步骤所制得新型二氧化锡基纳米气敏材料生产的阻性气敏传感器，测得在空气中电阻(KΩ)值和在500ppm乙醇气体中的灵敏度随加热电压变化参数如表1所示。
实施例2先按净值摩尔(份)比称取氯化亚锡1份；十二烷基苯磺酸钠2份；硼氢化钾2份；三氧化二锑0.04份；正硅酸乙酯0.02份，碳纳米管0.4份后，按例1相同的步骤和顺序制备出本发明所述的新型二氧化锡基纳米气敏材料。
用本例所获得的新型二氧化锡基纳米气敏材料生产的阻性气敏传感器，测得在空气中电阻(KΩ)值和在500ppm乙醇气体中的灵敏度随加热电压变化参数如表2所示。
实施例3先按净值摩尔(份)比称取氯化亚锡1份；十二烷基苯磺酸钠1份；硼氢化钾2份；三氧化二锑0.01份；正硅酸乙酯0.05份，碳纳米管0.1份后按例1相同的步骤和顺序制备出本发明所述的新型二氧化锡基纳米气敏材料。
用本例所获得的新型二氧化锡基纳米气敏材料生产的阻性气敏传感器，测得在空气中电阻(KΩ)值和在500ppm乙醇气体中的灵敏度随加热电压变化参数如表3所示。
表1 表2 表3
权利要求
1.一种二氧化锡基纳米气敏材料，其特征在于按净值摩尔(份)配比该气敏材料由以下组分组成氯化亚锡(SnCl2·2H2O)1；十二烷基苯磺酸钠(C18H29NaO3S)1～2；硼氢化钾(KBH4)2；三氧化二锑(Sb2O3)0.01～0.04；正硅酸乙酯(C6H20O4Si)0.02～0.05；碳纳米管0.1～0.4。
2.制备权利要求1所述的二氧化锡基纳米气敏材料的方法，首先按摩尔比计算称取氯化亚锡、十二烷基苯磺酸钠、硼氢化钾、三氧化二锑和正硅酸乙酯进行配料、研磨、干燥、预烧制得二氧化锡(SnO2)纳米粉体，其特征在于然后在制得二氧化锡纳米粉体中按所述的摩尔比掺入碳纳米管并分散均匀。
全文摘要
本发明涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析气体的技术领域，具体地说是涉及一种电子元件材料，特别是涉及一种二氧化锡(SnO
文档编号G01N27/407GK1769881SQ20041005206
公开日2006年5月10日 申请日期2004年11月5日 优先权日2004年11月5日
发明者傅刚, 张麟, 陈环, 丁志文 申请人:广州大学