技術領域

本發(fā)明屬于一維半導體氧化物的氣體傳感器技術領域，具體涉及一種基于TeO₂納米線的醇類氣體傳感器及其制備方法。

背景技術

隨著經濟建設的快速發(fā)展和工業(yè)化進程的不斷加快，在礦業(yè)生產、交通能源、制造加工等過程中不斷排放出多種有毒有害氣體。在這些氣體中，有些是易燃易爆的，有些是有毒有害的，它們若泄漏到空氣中就會嚴重地污染環(huán)境，并有引發(fā)爆炸、火災或使人中毒的潛在危險。為了有效防治有害氣體的產生、泄漏及污染，對其進行快速、準確、便攜的檢測非常必要。因此，開發(fā)高性能的氣體傳感器勢在必行，不僅可以有效地避免潛在安全事故的發(fā)生，同時還為后續(xù)的有害氣體處理提供了可靠的前期監(jiān)測保障。

在種類眾多的氣體傳感器中，由半導體氧化物為氣敏材料制備而成的氣體傳感器具有靈敏度高、響應/恢復快速和價格低廉等優(yōu)點，其氣敏反應機制主要是屬于表面電阻控制型，即基于半導體氧化物表面的吸附氧離子與被檢測氣體之間的反應，并利用由此而產生的半導體氧化物的電阻變化來測定對被檢測氣體的響應情況。目前市售的醇類氣體傳感器采用的是傳統(tǒng)的SnO₂、ZnO、TiO₂、WO₃納米粒子為氣敏材料，但是由于粒子之間的團聚作用使得氣敏材料的比表面積減小，從而導致靈敏度降低和響應/恢復時間較長。因此，目前研究人員把更多的注意力關注在一維結構納米材料的合成和應用上，如納米管、納米線、納米帶等。這些一維納米材料具有的單一結構、高比表面積和表面活性等特點，使它成為具有高靈敏度和高效率氣體傳感器的潛在氣敏材料。

TeO₂作為一種寬帶隙半導體氧化物材料，具有優(yōu)異的光電、熱電及催化等特性，因而在紅外遙感、太陽能電池、石油裂化的催化劑、陶瓷和玻璃的著色劑等方面具有廣泛的用途。然而，對TeO₂材料氣敏特性的考察則尚處于起步階段，相關研究成果非常少，其相應的氣敏材料主要以薄膜材料為主。與薄膜材料相比，納米線具有更大的比表面積和表面活性，因而表現出的氣敏性能也將更加優(yōu)越。此外，目前大多數半導體氧化物氣體傳感器均在200℃以上的工作溫度下才能得到較好的氣敏特性，導致了檢測能耗高和傳感器集成的復雜性。因此，進一步提高低溫條件下氣體傳感器的靈敏度是目前的研究熱點。

發(fā)明內容

針對目前TeO₂材料在氣敏特性應用方面存在的空白，本發(fā)明提供一種基于TeO₂納米線的醇類氣體傳感器及其制備方法，目的是通過熱蒸發(fā)法制備出具有結晶好、長徑比高、產量大的TeO₂納米線，并利用這些TeO₂納米線制作成靈敏度高、可逆性好、響應/恢復快速、低工作溫度等優(yōu)點的醇類氣體傳感器，以克服現有的醇類氣體傳感器存在的響應/恢復速度慢和工作溫度高帶來的高能耗等問題。

實現本發(fā)明目的的基于TeO₂納米線的醇類氣體傳感器，由陶瓷基板、加熱電阻、叉指金電極和氣敏涂層組成，其中加熱電阻覆在陶瓷基板背面，叉指金電極覆在陶瓷基板表面，氣敏涂層涂覆在叉指金電極表面，氣敏涂層成分為TeO₂納米線，所述的TeO₂納米線具有單一的四方相晶體結構，表面光滑，直徑為70～200nm，長度為500μm～2mm，長徑比最大達29000。

一種基于TeO₂納米線的醇類氣體傳感器及其制備方法，按照以下步驟進行：

（1）將石英管放置在開啟式管式電爐中，將質量純度為99.999％的金屬碲粉放置在Al₂O₃瓷舟中央，將鍍金玻璃基板放置在金屬碲粉上方1～5mm處用以收集產物，隨后將Al₂O₃瓷舟送入管式電爐內的石英管中央加熱區(qū)；

（2）用法蘭固定好石英管，調節(jié)空氣流速為0～300ml/min，升溫管式電爐至400～500℃并保持1～4h，關閉管式電爐，待管式電爐自然冷卻至室溫，從石英管中取出Al₂O₃瓷舟，鍍金玻璃基板上的乳白色沉積物即為制備的TeO₂納米線；

（3）將制備得到的TeO₂納米線與黏合劑松油醇按質量比（90～99）：（10～1）混合，在瑪瑙研缽中濕法研磨10～30min，調制成料漿；

（4）將上述料漿涂于陶瓷基板表面上，成為氣敏涂層；