CN103063705A - 三甲胺气敏传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三甲胺气敏传感器，包括气敏电极管，所述气敏电极管以Al₂O₃陶瓷管为载体，以纳米SnO₂为气敏材料，所述气敏材料中含有占SnO₂摩尔质量0.5~5%的Eu³⁺或La³⁺。本发明还公开了三甲胺气敏传感器的制备方法，包括珊瑚状纳米SnO₂的制备、气敏材料的制备、气敏电极管的制备等步骤。本发明制得的气敏材料具备纳米材料的量子效应、自催化活性、表面效应等特点，用它制成的三甲胺气敏传感器在检测三甲胺气体时具有灵敏度和分辨率高，抗干扰性强，响应与恢复时间短，工作温度低等优点，可用于三甲胺气体污染的检测。

Description

三甲胺气敏传感器及其制备方法

技术领域

本发明属于微量气体检测技术领域，涉及三甲胺气敏传感器及其制备方法。

背景技术

三甲胺是国家恶臭污染控制的主要对象之一，鱼类体内蛋白质分解时产生的主要气体，三甲胺含量已成为当今水产品新鲜度的重要指标。

水产品新鲜度的评价，在国内正处于探索研究阶段，尚未产业化。国内对于三甲胺气体的探测方法包括气相色谱法、离子色谱法、高效液相色谱法等。这些方法处理程序复杂，耗时且需昂贵的设备。此外，水产品变质释放三甲胺气体是一个缓慢的过程，因此研究一种简便、灵敏、快速、直观、准确、经济的三甲胺气敏传感器将会有很大的市场前景。

现今国内外的气敏传感器大多以金属氧化物半导体SnO₂、ZnO、Fe₂O₃为气敏材料，尤其是SnO₂以其高稳定性和灵敏度，成为研究最广泛的气敏材料。但是现有的三甲胺气敏传感器仍存在灵敏度差，分辨率低，响应时间长等缺点，因此对SnO₂气敏材料进行改进，以提高它的气敏特性是本领域中非常重要的研究课题。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提供一种检测灵敏度好，分辨率高，响应时间短的三甲胺气敏传感器，本发明还提供了它的制备方法。

上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种三甲胺气敏传感器，包括气敏电极管，所述气敏电极管以Al₂O₃陶瓷管为载体，以纳米SnO₂为气敏材料，所述气敏材料中含有占SnO₂摩尔质量0.5~5%的Eu³⁺或La³⁺。

优选的，所述气敏材料中含有占SnO₂摩尔质量2~3%的Eu³⁺或La³⁺。

最佳的，所述气敏材料中含有占SnO₂摩尔质量2.5%的Eu³⁺或La³⁺。

所述三甲胺气敏传感器的制备方法是：

方法一：先用水热法制备纳米SnO₂，再掺杂一定量的稀土元素制备气敏材料，再将气敏材料涂敷在Al₂O₃陶瓷管表面制成气敏电极管，最后制成三甲胺气敏传感器，具体步骤为：

1）纳米SnO₂的制备：将SnCl₄与蔗糖溶于水中并在150~200℃条件下恒温反应4~24小时，将反应产物在450~550℃下烧结2~4小时，然后冷却，研磨得到珊瑚状的纳米SnO₂；

2）气敏材料的制备：向纳米SnO₂中加入Eu³⁺或La³⁺的乙醇溶液，研磨成糊状，所述Eu³⁺或La³⁺的摩尔质量为SnO₂的0.5~5%；

3）气敏电极管的制备：将糊状气敏材料均匀涂敷在Al₂O₃陶瓷管表面，400~500℃退火处理2~4小时；

4）对气敏电极管进行焊接，电老化，封装，制得三甲胺气敏传感器。

方法二：在水热法制备纳米SnO₂的过程中掺杂稀土离子一步制成气敏材料，再将气敏材料涂敷在Al₂O₃陶瓷管表面制成气敏电极管，最后制成三甲胺气敏传感器，具体步骤为：。

1）气敏材料的制备：将SnCl₄与蔗糖溶于水中，按理论制得SnO₂摩尔量的0.5%~5%掺加Eu³⁺或La³⁺，并在150~200℃条件下恒温反应4~24小时，将反应产物在450~550℃下烧结2~4小时，然后冷却，研磨得到糊状的气敏材料。

2）气敏电极管的制备：将糊状气敏材料均匀涂敷在Al₂O₃陶瓷管表面，400~500℃退火处理2~4小时；

3）对气敏电极管进行焊接，电老化，封装，制得三甲胺气敏传感器。

优选的，所述Eu³⁺或La³⁺的摩尔质量为SnO₂的2~3%。

最佳的，所述Eu³⁺或La³⁺的摩尔质量为SnO₂的2.5%。

本发明采用溶胶-凝胶法制得珊瑚状的纳米SnO₂，该纳米SnO₂材料以四方晶型SnO₂相为主，粒径5~100nm。本发明制得的气敏材料具备纳米材料的量子效应、自催化活性、表面效应等特点，用它制成的三甲胺气敏传感器在检测三甲胺气体时具有灵敏度和分辨率高，抗干扰性强，响应与恢复时间短，工作温度低等优点，可用于三甲胺气体污染的检测。

具体实施方式

实施例1

一种三甲胺气敏传感器，包括气敏电极管，所述气敏电极管以Al₂O₃陶瓷管为载体，以纳米SnO₂为气敏材料，所述气敏材料中含有占SnO₂摩尔质量2.5%的Eu³⁺。

制备步骤如下：

1）纳米SnO₂的制备：称取3.5060g的SnCl₄·5H₂O和6.8458g的蔗糖溶解于二次蒸馏水中，配制成70mL的混合澄清溶液。将该溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜里面，盖紧后升温到180℃，恒温反应12h后取出，自然冷却。打开反应釜，取出内衬，倒出所得黑色反应物，用无水乙醇和蒸馏水分别洗涤多次（以AgNO₃溶液检测无残余Cl-），将黑色产物干燥后在马弗炉中加热到500℃后烧结3h，冷却后玛瑙研磨得到珊瑚状的纳米SnO₂。

2）气敏材料的制备：配制0.0166mol·L^-1的EuCl₃乙醇溶液，加入到上述珊瑚状纳米SnO₂中，使加入的Eu³⁺的摩尔质量为SnO₂的2.5%，精细研磨后调成糊状。

3）气敏电极管的制备：将糊状气敏材料均匀涂敷在Al₂O₃陶瓷管表面，450℃退火处理3h。所述的Al₂O₃陶瓷管的内径为0.8mm，外径为1.2mm、长4mm，两端为Au电极。

4）最后按旁热式结构气敏传感器的传统制备工艺对气敏电极管进行焊接，电老化，封装，制得三甲胺气敏传感器。

实施例2

一种三甲胺气敏传感器，包括气敏电极管，所述气敏电极管以Al₂O₃陶瓷管为载体，以纳米SnO₂为气敏材料，所述气敏材料中含有占SnO₂摩尔质量2%的La³⁺。

制备步骤如下：

1）气敏材料的制备：称取17.53g的SnCl₄·5H₂O和34.23g的蔗糖，SnCl₄·5H₂O与蔗糖的摩尔比为1׃2，称取0.433g的La(NO₃)₃使最终La₂O₃和SnO₂的摩尔比为2%，在搅拌条件下溶解于400mL二次蒸馏水中。将该溶液装入设有聚四氟乙烯内衬的反应釜里面，盖紧后升温到150℃，恒温反应24h后取出，自然冷却。打开反应釜，取出内衬，倒出所得黑色反应物，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤两次，将黑色产物干燥后在马弗炉中加热到450℃后烧结4h，冷却后玛瑙研磨得到糊状的气敏材料。

2）气敏电极管的制备：将糊状气敏材料均匀涂敷在Al₂O₃陶瓷管表面， 500℃退火处理2小时。

3）最后按旁热式结构气敏传感器的传统制备工艺对气敏电极管进行焊接，电老化，封装，制得三甲胺气敏传感器。

实施例3

一种三甲胺气敏传感器，包括气敏电极管，所述气敏电极管以Al₂O₃陶瓷管为载体，以纳米SnO₂为气敏材料，所述气敏材料中含有占SnO₂摩尔质量3%的Eu³⁺。

制备步骤如下：

1）纳米SnO₂的制备：称取35.060g的SnCl₄·5H₂O和68.458g的蔗糖溶解于二次蒸馏水中，配制成1000mL的混合澄清溶液。将该溶液装入设有聚四氟乙烯内衬的反应釜里面，盖紧后升温到200℃，恒温反应4h后取出，自然冷却。打开反应釜，取出内衬，倒出所得黑色反应物，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤三次，将黑色产物干燥后在马弗炉中加热到550℃后烧结2h，冷却后玛瑙研磨得到珊瑚状纳米SnO₂。

2）气敏材料的制备：配制0.0166mol·L^-1的Eu(ClO₄)₃乙醇溶液，加入到上述纳米SnO₂中，使加入的Eu³⁺的摩尔质量为SnO₂的3%，精细研磨后调成糊状。

3）气敏电极管的制备：将糊状气敏材料均匀涂敷在Al₂O₃陶瓷管表面，400℃退火处理4小时。

4）最后按旁热式结构气敏传感器的传统制备工艺对气敏电极管进行焊接，电老化，封装，制得三甲胺气敏传感器。

实施例4

一种三甲胺气敏传感器，制备方法与实施例1相同，所不同的是向珊瑚状纳米SnO₂中加入的是Eu(NO₃)₃，Eu³⁺的摩尔质量为SnO₂的0.5%。

实施例5

一种三甲胺气敏传感器，制备方法与实施例1相同，所不同的是向珊瑚状纳米SnO₂中加入的是LaCl₃，加入的La³⁺的摩尔质量为SnO₂的5%。

本发明实施例1~5的三甲胺气敏传感器的主要技术指标如下：

Claims (6)

1.一种三甲胺气敏传感器，包括气敏电极管，所述气敏电极管以Al₂O₃陶瓷管为载体，以纳米SnO₂为气敏材料，其特征在于：所述气敏材料中含有占SnO₂摩尔质量0.5~5%的Eu³⁺或La³⁺。

2.根据权利要求1所述的三甲胺气敏传感器，其特征在于：所述气敏材料中含有占SnO₂摩尔质量2~3%的Eu³⁺或La³⁺。

3.根据权利要求1或2所述的三甲胺气敏传感器，其特征在于：所述气敏材料中含有占SnO₂摩尔质量2.5%的Eu³⁺或La³⁺。

4.一种三甲胺气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：

1）纳米SnO₂的制备：将SnCl₄与蔗糖溶于水中并在150~200℃条件下恒温反应4~24小时，将反应产物在450~550℃下烧结2~4小时，然后冷却，研磨得到珊瑚状的纳米SnO₂；

2）气敏材料的制备：向纳米SnO₂中加入Eu³⁺或La³⁺的乙醇溶液，研磨成糊状，所述Eu³⁺或La³⁺的摩尔质量为SnO₂的0.5~5%；

3）气敏电极管的制备：将糊状的气敏材料均匀涂敷在Al₂O₃陶瓷管表面，400~500℃退火处理2~4小时；

4）对气敏电极管进行焊接，电老化，封装，制得三甲胺气敏传感器。

5.根据权利要求4所述的三甲胺气敏传感器的制备方法。其特征在于：所述Eu³⁺或La³⁺的摩尔质量为SnO₂的2~3%。

6.根据权利要求4或5所述的三甲胺气敏传感器的制备方法。其特征在于：所述Eu³⁺或La³⁺的摩尔质量为SnO₂的2.5%。