专利名称：精细分级多孔结构的乙醇敏感材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种传感材料技术领域的方法，具体是一种精细分级多孔结构乙 醇敏感材料的制备方法。
背景技术：
随着工业的发展，广泛应用的易燃、易爆气体在生产、运输、使用过程中一旦发生 泄漏，将会引发火灾甚至爆炸事故，严重影响了人们的生命财产安全。并且由于这类事故具 有突发性强、救援难度大、危害范围广等特点，因此及时可靠地监测这些气体在空气中的含 量显得尤为重要。在用做气敏传感器的各类材料中，半导体金属氧化物如Sn02、Fe203，ZnO等以价格 低廉、体积小、结构简单、灵敏度高、响应恢复速度快等优势占据了较大的市场份额。但目前 这些金属氧化物气敏材料在实际应用中仍然受限于较高的工作温度和不理想的选择性，例 如，在工作温度约为300°C，SnO2对乙醇，丙酮，CO，H2等一系列气体都表现出较高的灵敏度， 很难对特定的气体如乙醇进行选择性识别。现阶段已有研究表明分级多孔结构能够提高气 敏材料的选择性，并降低工作温度，被认为是改善金属氧化物半导体材料的气敏性能的有 效途径。因此，研制一种精细分级多孔结构的金属氧化物用做气敏材料，可以简便、灵敏、快 速、准确、经济地监测乙醇等气体将会有很大的市场应用前景。经文献检索发现，用于乙醇检测的气敏传感器已有报道，如中国专利CN 1837803A"Sn02集束纳米棒气体传感器”，该专利中所制得的SnO2集束纳米棒气体传感器对 较高浓度的乙醇(500-1000ppm)具有高的灵敏度、选择性和稳定性。但其制备过程繁琐，所 得的SnO2纳米杆零散分布，连接不紧密，限制了其在低浓度乙醇气体的选择性识别及其稳 定性。

发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种精细分级多孔结构乙醇敏感材料 的制备方法，制备工艺简单灵活，成本低廉，制备的这种精细分级多孔结构的气敏材料能在 较低的温度下对乙醇具有高的选择灵敏性。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用天然蝴蝶翅膀为结构模板，经预 处理后置于锡盐浸渍液中进行浸渍，然后经氧化灼烧处理得到精细分级多孔结构的乙醇敏 感材料。所述的蝴蝶是指异型紫斑蝶，购自上海佘山植物园。所述的预处理是指将天然蝴蝶翅膀在无水乙醇中漂洗干净，蝶翅颜色由紫色变 成深绿色。所述的锡盐浸渍液是指含锡硝酸溶液、氯化亚锡乙醇溶液或硫酸亚锡乙醇溶液 中的一种，其中含锡硝酸溶液是指将锡金属粉加入浓度为2M的HNO3溶液中搅拌至溶液变 淡黄色，经静置过滤后得到的滤液即为锡盐浸渍液；氯化亚锡乙醇溶液或硫酸亚锡乙醇溶液的浓度为1M。所述的浸渍处理是指天然蝴蝶翅膀经预处理在表面乙醇未完全挥发前，即表现 为蝶翅的表面颜色尚未转变为蓝紫色时立即置入锡盐浸渍液中，浸渍6-24小时，然后取出 经酒精清洗，放入干燥箱60°C干燥。
所述的氧化灼烧处理是指将浸渍处理后的蝶翅置于氧化炉中，以1-35°C /分钟 的升温速度升温至450-550°C并保温1-3小时后自然冷却至室温，得到白色薄片状产物即 为具有蝶翅形态精细分级结构的乙醇敏感材料。本发明将具有精细分级多孔结构的天然生物材料蝶翅应用于气敏材料的制备，发 明了一种成本低廉、工艺简单环保和高效的气敏材料制备方法，所制备的气敏材料具有精 细分级多孔结构特征，能在较低的温度下对乙醇有突出的选择敏感性。本发明制备的气敏 材料可以应用于交警检验司机酒后驾车、酒厂、发酵工业乙醇报警装置等，在电子电气、工 业、民用等领域有着良好的应用前景。该材料在这些领域的应用，将确保相关化工企业运行 的安全和稳定性，以及对人民生活安全起到保障作用。


图1为本发明实施例3中产物的FESEM图(a)和酒精相对不同气体的选择灵敏度 图(b)。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。实施例1锡金属粉加入2M的HNO3溶液中搅拌至溶液变淡黄色，过滤得到浸渍液。将蝶翅在 无水乙醇中漂洗干净，在无水乙醇未完全干燥挥发前，表现为蝶翅颜色由深绿色即将变为 蓝紫色时，迅速将处理好的蝶翅置于上面所配置的锡盐浸渍液中浸泡24小时，取出蝶翅， 经酒精清洗后放入干燥箱中60°C进行干燥，进一步放入氧化炉中进行灼烧处理，以2°C / 分钟的升温速度升温至550°C，保温1. 5小时后自然冷却至室温，得到白色薄片状产物即为 具有蝶翅形态精细分级多孔结构的金红石相二氧化锡(JCPD41-1445)。其晶粒大小约为 7. Onm,比表面积和空隙率分别为Sim、—1和0. Hcm3gA该氧化物材料经研磨后，用适量的 去离子水及适量的乙二醇调成糊状，并均勻敷在氧化铝陶瓷管表面，经500°C退火1小时， 制得分级多孔结构的气敏元件，在工作温度为140-200°C时表现为对乙醇气体的选择灵敏 度 SiiiZSi > 5(i =丙酮、甲醇、NH3、CO、H2)。实施例2锡金属粉加入2M的HNO3溶液中搅拌至溶液变淡黄色，过滤得到浸渍液。将蝶翅在 无水乙醇中漂洗干净，在无水乙醇未完全干燥挥发前，表现为蝶翅颜色由深绿色即将变为 蓝紫色时，迅速将处理好的蝶翅置于上面所配置的锡盐浸渍液中浸泡18小时，取出蝶翅， 经酒精清洗后放入干燥箱中60°C进行干燥，进一步放入氧化炉中进行灼烧处理，以2°C / 分钟的升温速度升温至550°C，保温1. 5小时后自然冷却至室温，得到白色薄片状产物即为具有蝶翅形态精细分级多孔结构的金红石相二氧化锡(JCPD41-1445)。其晶粒大小约为 7.Onm,比表面积和空隙率分别为SOm2g4和0. IScm3gA该氧化物材料经研磨后，用适量的 去离子水及适量的乙二醇调成糊状，并均勻敷在氧化铝陶瓷管表面，经500°C退火1小时， 制得分级多孔结构的气敏元件，在工作温度为140-200°C时表现为对乙醇气体的选择灵敏 度 S乙醇/Si > 8(i =丙酮、甲醇、NH3、CO、H2)。实施例3锡金属粉加入2M的HNO3溶液中搅拌至溶液变淡黄色，过滤得到浸渍液。将蝶翅在 无水乙醇中漂洗干净，在无水乙醇未完全干燥挥发前，表现为蝶翅颜色由深绿色即将变为 蓝紫色时，迅速将处理好的蝶翅置于上面所配置的锡盐浸渍液中浸泡14小时，取出蝶翅， 经酒精清洗后放入干燥箱中60°C进行干燥，进一步放入氧化炉中进行灼烧处理，以2°C / 分钟的升温速度升温至550°C，保温1. 5小时后自然冷却至室温，得到白色薄片状产物即为 具有蝶翅形态精细分级多孔结构的金红石相二氧化锡(JCPD41-1445)。其晶粒大小约为 7. Onm,比表面积和空隙率分别为Sem2g4和0. Iecm3gA该氧化物材料经研磨后，用适量的 去离子水及适量的乙二醇调成糊状，并均勻敷在氧化铝陶瓷管表面，经500°C退火1小时， 制得分级多孔结构的气敏元件，在工作温度为140-200°C时表现为对乙醇气体的选择灵敏 度 S乙醇/Si > 10 (i =丙酮、甲醇、NH3、CO、H2)。针对多孔结构氧化锡纳米材料的气敏性质研究，国内外已有不少报道，如“The selectivedetection of C2H5OH using SnO2-ZnO thin film gas sensors prepared by combinatorial solutiondeposition"(Sensors and actuators B 123(2007), 318-324)禾口 "Enhanced performance of Sn02nanowires ethanol sensor by functionalizing with La2O3”(Sensors and actuators B 133 (2008)，228-234)，这类材料通常在 300_400°C 的工 作温度下对乙醇气体表现出选择灵敏度S乙醇/S丙酮约为2，而上述实施例所制备的多孔分级 结构氧化锡纳米材料在较低的温度下(140-200°C )对乙醇气体的选择灵敏度S乙醇/S丙酮> 5，明显表现出对乙醇气体的优良传感性能。
权利要求
一种精细分级多孔结构的乙醇敏感材料的制备方法，其特征在于，采用天然蝴蝶翅膀为结构模板，经预处理后置于锡盐浸渍液中进行浸渍，然后经氧化灼烧处理得到乙醇敏感材料。
2.根据权利要求1所述的精细分级多孔结构的乙醇敏感材料的制备方法，其特征是， 所述的蝴蝶是指异型紫斑蝶。
3.根据权利要求1所述的精细分级多孔结构的乙醇敏感材料的制备方法，其特征是， 所述的预处理是指将天然蝴蝶翅膀在无水乙醇中漂洗干净，蝶翅颜色由紫色变成深绿色。
4.根据权利要求1所述的精细分级多孔结构的乙醇敏感材料的制备方法，其特征是， 所述的锡盐浸渍液是指含锡硝酸溶液、氯化亚锡乙醇溶液或硫酸亚锡乙醇溶液中的一种。
5.根据权利要求4所述的精细分级多孔结构的乙醇敏感材料的制备方法，其特征是， 所述的含锡硝酸溶液是指将锡金属粉加入浓度为2M的HNO3溶液中搅拌至溶液变淡黄色， 经静置过滤后得到的滤液即为锡盐浸渍液。
6.根据权利要求4所述的精细分级多孔结构的乙醇敏感材料的制备方法，其特征是， 所述的氯化亚锡乙醇溶液或硫酸亚锡乙醇溶液的浓度为1M。
7.根据权利要求1所述的精细分级多孔结构的乙醇敏感材料的制备方法，其特征是， 所述的浸渍处理是指在预处理后的天然蝴蝶翅膀的表面乙醇未完全干燥挥发前立即置于 锡盐浸渍液中，即天然蝴蝶翅膀的表面颜色尚未转变为蓝紫色时，迅速置于锡盐溶液中，浸 渍处理6-24小时，然后取出经酒精清洗，放入干燥箱60°C干燥。
8.根据权利要求1所述的精细分级多孔结构的乙醇敏感材料的制备方法，其特征是， 所述的氧化灼烧处理是指将浸渍后的天然蝴蝶翅膀置于氧化炉中，以1-35°C /分钟的升 温速度升温至450-550°C并保温1-3小时后自然冷却至室温，得到白色薄片状产物即为精 细分级多孔结构的乙醇敏感材料。
全文摘要
一种传感材料技术领域的一种精细分级多孔结构的乙醇敏感材料的制备方法，采用天然蝴蝶翅膀为结构模板，经预处理后置于锡盐浸渍液中进行浸渍，然后经氧化灼烧处理得到精细分级多孔结构的金属氧化物材料。本发明制备工艺简单灵活，成本低廉，制备的这种精细分级多孔结构的气敏材料是优良乙醇气体传感材料，在较低的温度下能对乙醇具有较高的选择灵敏性。
文档编号G01N27/00GK101813654SQ20101016584
公开日2010年8月25日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者宋钫, 张荻, 苏慧兰 申请人:上海交通大学