CN105388138A - 一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法 - Google Patents

一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法 Download PDF

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Abstract

一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法，它涉及一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的测量方法。本发明是要解决现有基于氧化钨的电学式乙醇气敏传感测量方法存在工作温度高，器件加工复杂，且容易受到外界电磁场干扰的技术问题。本发明：一、水热法制备氧化钨纳米棒；二、制备氧化钨气敏传感元件；三、标准荧光强度值地确定；四、检测未知浓度的乙醇气体。本发明的有益效果：本发明方法不需要电学式设备加工中的电极加工过程，不需要氧化钨内部的导通性，简化工艺过程，可在常温下工作，不需要电学式器件加工中的加热部件测温部件的加工过程，降低了加工成本，不受电磁干扰，可实现远程遥控操作。本发明应用于测量乙醇气体的浓度。

Description

一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法
技术领域
本发明涉及一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的测量方法。
背景技术
乙醇气敏传感器可于酒驾检查或工业生产中的乙醇含量的检测，避免交通事故或生产安全事故的发生，具有重要的实用价值。近年来，人们对乙醇传感器的开发更加广泛和深入，其中氧化钨的乙醇传感特性受到了研发人员的广泛关注。目前已有的基于氧化钨的乙醇气敏传感探测的方法均为在工作温度为200℃～400℃监测氧化钨材料的导电特性与乙醇浓度的依赖关系。这一在工作温度下的电学式探测方法对器件加工有着较高的要求，不仅需要氧化钨样品本身导通以及利用电极加工工艺实现对氧化钨样品导电性的测量，还需要制备加热元件和测温元件进行工作温度的调制。这使得基于氧化钨材料电学式气敏传感器的加工工艺复杂，成本高。此外，电学式传感器还容易受到外界电磁场的干扰，限制了电磁环境下测量准确性。光学气敏传感技术与传统的电学气敏传感技术相比，具有器件加工简单，不受电磁环境干扰和可远程操作等优势。
发明内容
本发明是要解决现有基于氧化钨的电学式乙醇气敏传感测量方法存在工作温度高，器件加工复杂，且容易受到外界电磁场干扰的技术问题，而提供一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法。
本发明的一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法是按以下步骤进行的：
一、水热法制备氧化钨纳米棒：在磁力搅拌的条件下向0.1mol/L～0.2mol/L的Na2(WO4)·2H2O水溶液中逐滴加入浓度为2mol/L的硫酸水溶液至溶液的pH为1～1.5，搅拌30min～40min，在磁力搅拌的条件下加入(NH4)2SO4和草酸，搅拌30min～40min，然后转移至水热反应釜中，在温度为180℃～200℃的条件下反应10h，将水热得到的产物用去离子水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，在温度为80℃的条件下烘干4h，得到光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体；所述的(NH4)2SO4和Na2(WO4)·2H2O的摩尔比为1:(0.11～0.13)；所述的草酸和Na2(WO4)·2H2O的摩尔比为1:(0.36～0.37)；
二、制备氧化钨气敏传感元件：将步骤一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体分散于溶剂中，得到0.01mol/L～0.1mol/L的氧化钨溶液，将25μL～100μL的0.01mol/L～0.1mol/L的氧化钨溶液均匀涂覆在基底上，在温度为60℃～100℃的条件下烘干30min～60min，然后进行氩气等离子体清洗或在氩气气氛下退火，得到氧化钨气敏传感元件；所述的氩气等离子体清洗的功率为10W～50W，清洗时间为5min～30min；所述的在氩气气氛下退火的温度为200℃～400℃，退火时间为1h；所述的基底的尺寸为8mm×12mm；
三、标准荧光强度值地确定：
①、在荧光光谱仪中安装一个不锈钢腔体，将氧化钨气敏传感元件放到荧光光谱仪中安装的不锈钢腔体中，在不锈钢腔体中的氧化钨气敏传感元件下方安装一个电子加热装置，密封不锈钢腔体，然后用电子加热装置将氧化钨气敏传感元件加热至温度A；所述的温度A为20℃～150℃；
②、在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件，测量得到氧化钨气敏传感元件在空气和温度为A的条件下波长为440nm的荧光强度值B；
③、在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下向不锈钢腔体中通入乙醇气体至不锈钢腔体中乙醇气体的浓度为C，每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录一次温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值稳定不变后，得到氧化钨气敏传感元件在乙醇气体浓度为C和温度为A的条件下波长为440nm的荧光强度值D，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下用机械泵抽空不锈钢腔体中的气体，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值稳定不变时关闭机械泵，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下向不锈钢腔体中通入空气，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值恢复到B时停止通入空气；所述的不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C为10ppm～1000ppm；
四、检测未知浓度的乙醇气体：重复步骤三的方法检测温度为E的氧化钨气敏传感元件在未知乙醇浓度的气氛下用波长为325nm的激发光激发后波长为440nm的荧光强度值F；所述的温度E等于温度A；若F大于步骤三③中的荧光强度值D，则未知乙醇浓度的气氛中乙醇的浓度小于步骤三中不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C；若F小于步骤三③中的荧光强度值D，则未知乙醇浓度的气氛中乙醇的浓度大于步骤三中不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C；若F等于步骤三③中的荧光强度值D，则未知乙醇浓度的气氛中乙醇的浓度等于步骤三中不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C。
本发明首先在已知乙醇浓度的气氛中测试氧化钨气敏传感元件在特定温度下的荧光强度值作为标准值，在实际应用时测试氧化钨气敏传感元件在相同温度下在未知乙醇浓度的气氛下的荧光强度值，然后和标准值进行比较即可得到未知乙醇浓度的气氛中乙醇气体的浓度和标注值的大小关系，在实际应用时可以应用本方法测试未知气氛中的乙醇浓度是否超标或达标。
本发明的有益效果为：
一、本发明方法设备加工简单，不需要电学式设备加工中的电极加工过程，不需要氧化钨样品内部的导通性，简化了工艺过程；
二、本发明方法可在常温下工作，不需要电学式器件加工中的加热部件测温部件的加工过程，简化了加工过程，降低了设备加工成本；
三、本发明方法不受电磁干扰，可实现远程遥控操作，具有更高的应用性。
附图说明
图1为试验一步骤一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体的XRD图；
图2为试验一步骤一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体的SEM图；
图3为试验一步骤一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体的TEM图；
图4是试验一步骤三测试的荧光光谱图，○是氧化钨气敏传感元件在浓度为C的乙醇气氛和温度为20℃的条件下的曲线，□是氧化钨气敏传感元件在空气和温度为20℃的条件下的曲线，△是待氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值恢复到B时的曲线；
图5是试验二步骤三测试的荧光光谱图，○是氧化钨气敏传感元件在浓度为C的乙醇气氛和温度为100℃的条件下的曲线，□是氧化钨气敏传感元件在空气和温度为100℃的条件下的曲线，△是待氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值恢复到B时的曲线；
图6是试验二中通入不同浓度乙醇气体前后氧化钨纳米棒的荧光强度随时间的动态光谱图，峰A是乙醇气体浓度为3000ppm的荧光强度峰，峰B是乙醇气体浓度为6000ppm的荧光强度峰，峰C是乙醇气体浓度为9000ppm的荧光强度峰。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法，具体是按以下步骤进行的：
一、水热法制备氧化钨纳米棒：在磁力搅拌的条件下向0.1mol/L～0.2mol/L的Na2(WO4)·2H2O水溶液中逐滴加入浓度为2mol/L的硫酸水溶液至溶液的pH为1～1.5，搅拌30min～40min，在磁力搅拌的条件下加入(NH4)2SO4和草酸，搅拌30min～40min，然后转移至水热反应釜中，在温度为180℃～200℃的条件下反应10h，将水热得到的产物用去离子水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，在温度为80℃的条件下烘干4h，得到光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体；所述的(NH4)2SO4和Na2(WO4)·2H2O的摩尔比为1:(0.11～0.13)；所述的草酸和Na2(WO4)·2H2O的摩尔比为1:(0.36～0.37)；
二、制备氧化钨气敏传感元件：将步骤一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体分散于溶剂中，得到0.01mol/L～0.1mol/L的氧化钨溶液，将25μL～100μL的0.01mol/L～0.1mol/L的氧化钨溶液均匀涂覆在基底上，在温度为60℃～100℃的条件下烘干30min～60min，然后进行氩气等离子体清洗或在氩气气氛下退火，得到氧化钨气敏传感元件；所述的氩气等离子体清洗的功率为10W～50W，清洗时间为5min～30min；所述的在氩气气氛下退火的温度为200℃～400℃，退火时间为1h；所述的基底的尺寸为8mm×12mm；
三、标准荧光强度值地确定：
①、在荧光光谱仪中安装一个不锈钢腔体，将氧化钨气敏传感元件放到荧光光谱仪中安装的不锈钢腔体中，在不锈钢腔体中的氧化钨气敏传感元件下方安装一个电子加热装置，密封不锈钢腔体，然后用电子加热装置将氧化钨气敏传感元件加热至温度A；所述的温度A为20℃～150℃；
②、在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件，测量得到氧化钨气敏传感元件在空气和温度为A的条件下波长为440nm的荧光强度值B；
③、在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下向不锈钢腔体中通入乙醇气体至不锈钢腔体中乙醇气体的浓度为C，每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录一次温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值稳定不变后，得到氧化钨气敏传感元件在乙醇气体浓度为C和温度为A的条件下波长为440nm的荧光强度值D，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下用机械泵抽空不锈钢腔体中的气体，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值稳定不变时关闭机械泵，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下向不锈钢腔体中通入空气，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值恢复到B时停止通入空气；所述的不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C为10ppm～1000ppm；
四、检测未知浓度的乙醇气体：重复步骤三的方法检测温度为E的氧化钨气敏传感元件在未知乙醇浓度的气氛下用波长为325nm的激发光激发后波长为440nm的荧光强度值F；所述的温度E等于温度A；若F大于步骤三③中的荧光强度值D，则未知乙醇浓度的气氛中乙醇的浓度小于步骤三中不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C；若F小于步骤三③中的荧光强度值D，则未知乙醇浓度的气氛中乙醇的浓度大于步骤三中不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C；若F等于步骤三③中的荧光强度值D，则未知乙醇浓度的气氛中乙醇的浓度等于步骤三中不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一所述的(NH4)2SO4和Na2(WO4)·2H2O的摩尔比为1:0.13。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤一所述的草酸和Na2(WO4)·2H2O的摩尔比为1:0.36。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：步骤二所述的溶剂为乙醇、去离子水或甲醇。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四的不同点是：步骤二所述的基底为玻璃盖玻片、硅片或云母片。其他与具体实施方式一至四相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验为一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法，具体是按以下步骤进行的：
一、水热法制备氧化钨纳米棒：在磁力搅拌的条件下向40mL的0.1mol/L的Na2(WO4)·2H2O水溶液中逐滴加入浓度为2mol/L的硫酸水溶液至溶液的pH为1，搅拌30min，在磁力搅拌的条件下加入0.03mol的(NH4)2SO4和0.011mol的草酸，搅拌30min，然后转移至水热反应釜中，在温度为180℃～200℃的条件下反应10h，将水热得到的产物用去离子水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，在温度为80℃的条件下烘干4h，得到光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体；
二、制备氧化钨气敏传感元件：将步骤一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体分散于溶剂中，得到0.01mol/L的氧化钨溶液，将50μL的0.01mol/L的氧化钨溶液均匀涂覆在基底上，在温度为80℃的条件下烘干30min，然后在氩气气氛下退火，得到氧化钨气敏传感元件；所述的在氩气气氛下退火的温度为300℃，退火时间为1h；所述的基底的尺寸为8mm×12mm；
三、标准荧光强度值地确定：
①、在荧光光谱仪中安装一个不锈钢腔体，将氧化钨气敏传感元件放到荧光光谱仪中安装的不锈钢腔体中，在不锈钢腔体中的氧化钨气敏传感元件下方安装一个电子加热装置，密封不锈钢腔体，然后用电子加热装置将氧化钨气敏传感元件加热至温度A；所述的温度A为20℃；
②、在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件，测量得到氧化钨气敏传感元件在空气和温度为A的条件下波长为440nm的荧光强度值B为218450；
③、在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下向不锈钢腔体中通入乙醇气体至不锈钢腔体中乙醇气体的浓度为C，每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录一次温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值稳定不变后，得到氧化钨气敏传感元件在乙醇气体浓度为C和温度为A的条件下波长为440nm的荧光强度值D为202380，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下用机械泵抽空不锈钢腔体中的气体，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值稳定不变时关闭机械泵，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下向不锈钢腔体中通入空气，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值恢复到B时停止通入空气；所述的不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C为500ppm；
四、检测未知浓度的乙醇气体：重复步骤三的方法检测温度为E的氧化钨气敏传感元件在未知乙醇浓度的气氛下用波长为325nm的激发光激发后波长为440nm的荧光强度值F，F为203573，F大于步骤三③中的荧光强度值D，则未知乙醇浓度的气氛中乙醇的浓度小于步骤三中不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C；所述的温度E等于温度A。
步骤二所述的溶剂为乙醇；步骤二所述的基底为玻璃盖玻片。
图1为试验一步骤一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体的XRD图，从图中可以看出试验一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体为六角形结构的氧化钨，且结晶质量较好。
图2为试验一步骤一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体的SEM图，从图中可以看出试验一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体呈棒状，长度为1μm～2μm。
图3为试验一步骤一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体的TEM图，从图中可以看出试验一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体直径大约为40nm。
图4是试验一步骤三测试的荧光光谱图，○是氧化钨气敏传感元件在浓度为C的乙醇气氛和温度为20℃的条件下的曲线，□是氧化钨气敏传感元件在空气和温度为20℃的条件下的曲线，△是待氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值恢复到B时的曲线，由图可以看出，在通入乙醇气体后，氧化钨气敏传感元件的荧光强度下降，这是由于氧化钨是由晶格氧空位形成的n型半导体，暴露在空气中的WO3半导体会吸附空气中的氧气，在一定温度下氧会发生化学吸附，从半导体导带中夺取电子形成化学吸附态的O2 －、O2 2-或O2-，当C2H5OH气体与氧化钨纳米棒接触时，会发生如下的化学反应：
CH3CH2OH+O—＝CH3CHO+H2O+e—，
CH3CHO+O—＝CH3COOH+e—，
这使得样品表面的氧缺陷减少，荧光强度值下降。
将响应度定义为R，可用下式计算：
Iair为氧化钨气敏传感元件在空气中的荧光强度，Iethanol为氧化钨气敏传感元件在乙醇气氛中的荧光强度。
经计算可得试验一的氧化钨气敏传感元件在20℃的响应度为6.7％。
从曲线2和3可以看出，本方法在每次测试后可恢复到初始只有空气的状态，可以继续进行不同乙醇浓度的气氛的测试。
试验二：本试验为一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法，具体是按以下步骤进行的：
一、水热法制备氧化钨纳米棒：在磁力搅拌的条件下向40mL的0.1mol/L的Na2(WO4)·2H2O水溶液中逐滴加入浓度为2mol/L的硫酸水溶液至溶液的pH为1，搅拌30min，在磁力搅拌的条件下加入0.03mol的(NH4)2SO4和0.011mol的草酸，搅拌30min，然后转移至水热反应釜中，在温度为180℃～200℃的条件下反应10h，将水热得到的产物用去离子水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，在温度为80℃的条件下烘干4h，得到光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体；
二、制备氧化钨气敏传感元件：将步骤一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体分散于溶剂中，得到0.01mol/L的氧化钨溶液，将50μL的0.01mol/L的氧化钨溶液均匀涂覆在基底上，在温度为80℃的条件下烘干30min，然后在氩气气氛下退火，得到氧化钨气敏传感元件；所述的在氩气气氛下退火的温度为300℃，退火时间为1h；所述的基底的尺寸为8mm×12mm；
三、标准荧光强度值地确定：
①、在荧光光谱仪中安装一个不锈钢腔体，将氧化钨气敏传感元件放到荧光光谱仪中安装的不锈钢腔体中，在不锈钢腔体中的氧化钨气敏传感元件下方安装一个电子加热装置，密封不锈钢腔体，然后用电子加热装置将氧化钨气敏传感元件加热至温度A；所述的温度A为100℃；
②、在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件，测量得到氧化钨气敏传感元件在空气和温度为A的条件下波长为440nm的荧光强度值B为93860；
③、在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下向不锈钢腔体中通入乙醇气体至不锈钢腔体中乙醇气体的浓度为C，每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录一次温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值稳定不变后，得到氧化钨气敏传感元件在乙醇气体浓度为C和温度为A的条件下波长为440nm的荧光强度值D为85520，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下用机械泵抽空不锈钢腔体中的气体，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值稳定不变时关闭机械泵，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下向不锈钢腔体中通入空气，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值恢复到B时停止通入空气；所述的不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C为500ppm；
四、检测未知浓度的乙醇气体：重复步骤三的方法检测温度为E的氧化钨气敏传感元件在未知乙醇浓度的气氛下用波长为325nm的激发光激发后波长为440nm的荧光强度值F，F为75530，F小于步骤三③中的荧光强度值D，则未知乙醇浓度的气氛中乙醇的浓度大于步骤三中不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C；所述的温度E等于温度A；
五、重复操作步骤三③的过程并且改变不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C分别为3000ppm、6000ppm和9000ppm，分别得到检测温度为100℃的氧化钨气敏传感元件在相应的乙醇浓度的气氛下用波长为325nm的激发光激发后波长为440nm的荧光强度值。
步骤二所述的溶剂为乙醇；步骤二所述的基底为玻璃盖玻片。
图5是试验二步骤三测试的荧光光谱图，○是氧化钨气敏传感元件在浓度为C的乙醇气氛和温度为100℃的条件下的曲线，□是氧化钨气敏传感元件在空气和温度为100℃的条件下的曲线，△是待氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值恢复到B时的曲线，
Iair为氧化钨气敏传感元件在空气中的荧光强度，Iethanol为氧化钨气敏传感元件在乙醇气氛中的荧光强度。
经计算可得试验二的氧化钨气敏传感元件在乙醇气体浓度为500ppm和温度为100℃的条件下的响应度为10.2％。
图6是试验二中通入不同浓度乙醇气体前后氧化钨纳米棒的荧光强度随时间的动态光谱图，峰A是乙醇气体浓度为3000ppm的荧光强度峰，峰B是乙醇气体浓度为6000ppm的荧光强度峰，峰C是乙醇气体浓度为9000ppm的荧光强度峰，可以看出随着乙醇气体浓度的增加荧光强度递减。

Claims (5)

1.一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法，其特征在于基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法是按以下步骤进行的：
一、水热法制备氧化钨纳米棒：在磁力搅拌的条件下向0.1mol/L～0.2mol/L的Na2(WO4)·2H2O水溶液中逐滴加入浓度为2mol/L的硫酸水溶液至溶液的pH为1～1.5，搅拌30min～40min，在磁力搅拌的条件下加入(NH4)2SO4和草酸，搅拌30min～40min，然后转移至水热反应釜中，在温度为180℃～200℃的条件下反应10h，将水热得到的产物用去离子水洗涤3次，然后用乙醇洗涤3次，在温度为80℃的条件下烘干4h，得到光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体；所述的(NH4)2SO4和Na2(WO4)·2H2O的摩尔比为1:(0.11～0.13)；所述的草酸和Na2(WO4)·2H2O的摩尔比为1:(0.36～0.37)；
二、制备氧化钨气敏传感元件：将步骤一制备的光学温度传感材料氧化钨纳米棒粉体分散于溶剂中，得到0.01mol/L～0.1mol/L的氧化钨溶液，将25μL～100μL的0.01mol/L～0.1mol/L的氧化钨溶液均匀涂覆在基底上，在温度为60℃～100℃的条件下烘干30min～60min，然后进行氩气等离子体清洗或在氩气气氛下退火，得到氧化钨气敏传感元件；所述的氩气等离子体清洗的功率为10W～50W，清洗时间为5min～30min；所述的在氩气气氛下退火的温度为200℃～400℃，退火时间为1h；所述的基底的尺寸为8mm×12mm；
三、标准荧光强度值地确定：
①、在荧光光谱仪中安装一个不锈钢腔体，将氧化钨气敏传感元件放到荧光光谱仪中安装的不锈钢腔体中，在不锈钢腔体中的氧化钨气敏传感元件下方安装一个电子加热装置，密封不锈钢腔体，然后用电子加热装置将氧化钨气敏传感元件加热至温度A；所述的温度A为20℃～150℃；
②、在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件，测量得到氧化钨气敏传感元件在空气和温度为A的条件下波长为440nm的荧光强度值B；
③、在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下向不锈钢腔体中通入乙醇气体至不锈钢腔体中乙醇气体的浓度为C，每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录一次温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值稳定不变后，得到氧化钨气敏传感元件在乙醇气体浓度为C和温度为A的条件下波长为440nm的荧光强度值D，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下用机械泵抽空不锈钢腔体中的气体，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值稳定不变时关闭机械泵，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下向不锈钢腔体中通入空气，在氧化钨气敏传感元件的温度为A的条件下每隔1min用波长为325nm的激发光激发氧化钨气敏传感元件并记录氧化钨气敏传感元件在波长为440nm的荧光强度值，待温度为A的氧化钨气敏传感元件在波长为440nm时的荧光强度值恢复到B时停止通入空气；所述的不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C为10ppm～1000ppm；
四、检测未知浓度的乙醇气体：重复步骤三的方法检测温度为E的氧化钨气敏传感元件在未知乙醇浓度的气氛下用波长为325nm的激发光激发后波长为440nm的荧光强度值F；所述的温度E等于温度A；若F大于步骤三③中的荧光强度值D，则未知乙醇浓度的气氛中乙醇的浓度小于步骤三中不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C；若F小于步骤三③中的荧光强度值D，则未知乙醇浓度的气氛中乙醇的浓度大于步骤三中不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C；若F等于步骤三③中的荧光强度值D，则未知乙醇浓度的气氛中乙醇的浓度等于步骤三中不锈钢腔体中乙醇气体的浓度C。
2.根据权利要求1所述的一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法，其特征在于步骤一所述的(NH4)2SO4和Na2(WO4)·2H2O的摩尔比为1:0.13。
3.根据权利要求1所述的一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法，其特征在于步骤一所述的草酸和Na2(WO4)·2H2O的摩尔比为1:0.36。
4.根据权利要求1所述的一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法，其特征在于步骤二所述的溶剂为乙醇、去离子水或甲醇。
5.根据权利要求1所述的一种基于氧化钨作为乙醇气体传感材料的光学测量方法，其特征在于步骤二所述的基底为玻璃盖玻片、硅片或云母片。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109467128A (zh) * 2018-12-18 2019-03-15 吉林大学 一种海胆状三氧化钨电极材料的制备方法及其应用
CN109557058A (zh) * 2017-09-26 2019-04-02 北京华泰诺安探测技术有限公司 一种用于检测待测气体是否含水分子的方法和装置
CN109678211A (zh) * 2018-12-17 2019-04-26 深圳大学 一种钽掺杂铯钨青铜及其制备方法与应用
CN110146479A (zh) * 2019-06-18 2019-08-20 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种可提高荧光传感材料气相检测速率的方法、由此得到的薄膜传感器及其应用
CN112777639A (zh) * 2019-11-08 2021-05-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种半导体金属氧化物wo3的水热制备方法及wo3的应用
CN113406155A (zh) * 2021-06-23 2021-09-17 长春理工大学 氧化锡/多酸/氧化钨三层同轴纳米纤维气体传感材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101318703A (zh) * 2008-07-08 2008-12-10 清华大学 一种氧化钨纳米线及氧化钨纳米线氨敏传感器的制备方法
CN103420424A (zh) * 2013-05-21 2013-12-04 新疆大学 棒状纳米三氧化钨的制备及其催化合成己二酸的技术
CN104634824A (zh) * 2015-01-28 2015-05-20 天津大学 多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器的制备方法
CN104724758A (zh) * 2015-03-06 2015-06-24 华北电力大学 一种wo3纳米片层材料的制备方法
CN104843793A (zh) * 2015-05-22 2015-08-19 重庆大学 无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101318703A (zh) * 2008-07-08 2008-12-10 清华大学 一种氧化钨纳米线及氧化钨纳米线氨敏传感器的制备方法
CN103420424A (zh) * 2013-05-21 2013-12-04 新疆大学 棒状纳米三氧化钨的制备及其催化合成己二酸的技术
CN104634824A (zh) * 2015-01-28 2015-05-20 天津大学 多孔硅基氧化钨纳米棒复合结构气敏传感器的制备方法
CN104724758A (zh) * 2015-03-06 2015-06-24 华北电力大学 一种wo3纳米片层材料的制备方法
CN104843793A (zh) * 2015-05-22 2015-08-19 重庆大学 无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N. MENDOZA-AGUERO ET AL: "Optical and structural characterization of tungsten oxide electrodeposited on nanostructured porous silicon:Effect of annealing atmosphere and temperature", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 *
傅小明: "纳米三氧化钨的化学法制备技术及研究现状", 《中国钨业》 *
傅小明等: "水热条件对合成WO3纳米棒形貌和光吸收特性的影响", 《人工晶体学报》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109557058A (zh) * 2017-09-26 2019-04-02 北京华泰诺安探测技术有限公司 一种用于检测待测气体是否含水分子的方法和装置
CN109557058B (zh) * 2017-09-26 2021-07-20 北京华泰诺安探测技术有限公司 一种用于检测待测气体是否含水分子的方法和装置
CN109678211A (zh) * 2018-12-17 2019-04-26 深圳大学 一种钽掺杂铯钨青铜及其制备方法与应用
CN109467128A (zh) * 2018-12-18 2019-03-15 吉林大学 一种海胆状三氧化钨电极材料的制备方法及其应用
CN109467128B (zh) * 2018-12-18 2021-02-09 吉林大学 一种海胆状三氧化钨电极材料的制备方法及其应用
CN110146479A (zh) * 2019-06-18 2019-08-20 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种可提高荧光传感材料气相检测速率的方法、由此得到的薄膜传感器及其应用
CN112777639A (zh) * 2019-11-08 2021-05-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种半导体金属氧化物wo3的水热制备方法及wo3的应用
CN113406155A (zh) * 2021-06-23 2021-09-17 长春理工大学 氧化锡/多酸/氧化钨三层同轴纳米纤维气体传感材料及其制备方法

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