CN106770494A - 一种以超细氧化钨纳米线为敏感材料的新型丙酮传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以超细氧化钨纳米线为敏感材料的新型丙酮传感器，包括绝缘陶瓷管，绝缘陶瓷管的外侧面涂覆有超细氧化钨纳米线敏感材料涂层，绝缘陶瓷管的内侧贯穿设有镍铬合金加热电阻丝，绝缘陶瓷管靠近两端的部位套设有环形金电极，环形金电极上设有4根铂丝引线。本发明通过选择催化活性高的纳米功能材料改善传感器的气敏特性，具有选择性好、响应速度快、灵敏度高的特点，可用于空气中丙酮含量的检测，也可作为医院疾病诊断的重要手段。
Description
技术领域
本发明涉及丙酮传感器技术领域，具体来说，涉及一种以超细氧化钨纳米线为敏感材料的新型丙酮传感器。
背景技术
丙酮作为一种重要的熔剂，主要用于炸药、塑料、橡胶、纤维、制革、油脂、喷漆等行业中，也可作为合成烯酮、醋酐、碘仿、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸甲酯、氯仿、环氧树脂等物质的重要原料。作为一种常见的挥发性有机化合物，丙酮对中枢神经系统有抑制、麻醉作用，吸入高浓度丙酮会导致头痛、恶心、乏力等症状，甚至出现抽搐、昏迷，伤害肝脏、肾脏、大脑和人体神经系统。鉴于此，对工作及生活环境中丙酮气体的检测具有非常重要的意义。另外，临床医学表明糖尿病患者呼气中丙酮浓度超过1.8ppm，大大高于正常人的0.3～0.9ppm，因此通过对呼气中丙酮浓度的准确检测对糖尿病诊断也具有重要的潜在价值。
目前，对低浓度丙酮的测定主要采用光谱、色谱或色谱质谱联用的方法，具有体积大、成本高、操作复杂和耗时长等缺点，难以满足现场快速监控及诊断等要求。与上述大型仪器相比，气体传感器具有体积小、成本低、灵敏度高及响应速度快等优点，是构建便携式丙酮检测仪的理想工具，因此成为当前气体传感器领域的研究热点。
在众多的气体传感器中，以半导体氧化物为敏感材料的电阻型气体传感器是目前应用最广泛的气体传感器之一。目前，已有文献报道以ZnO、SnO2、Bi2O3等纳米材料作为气敏传感材料，实现对丙酮的快速检测。然而，目前此类传感器尚存在气敏材料制备繁琐、选择性和灵敏度不足、操作温度高等问题，极大限制了其实际应用及推广。
发明内容
本发明的目的在于提出一种以超细氧化钨纳米线为敏感材料的新型丙酮传感器，能够实现丙酮的高选择性、快速、灵敏以及准确的检测。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种以超细氧化钨纳米线为敏感材料的新型丙酮传感器，包括绝缘陶瓷管，所述绝缘陶瓷管的外侧面涂覆有超细氧化钨纳米线敏感材料涂层，所述绝缘陶瓷管的内侧贯穿设有镍铬合金加热电阻丝，所述绝缘陶瓷管靠近两端的部位套设有环形金电极，所述环形金电极上设有4根铂丝引线。
进一步的，所述绝缘陶瓷管为Al2O3绝缘陶瓷管。
本发明的有益效果：1、采用富含氧缺陷的W18O49超细纳米线作为敏感材料，利用其自身的高催化活性和高比表面积，增强了丙酮在敏感层的吸附和催化转化作用，从而提高了丙酮检测的灵敏度和响应特性；
2、丙酮敏感材料的合成方法简单，传感器的制作工艺简单，操作简便，适于现场检测；
3、本发明的丙酮传感器灵敏度高、响应及恢复时间短、稳定性好，能够满足空气中丙酮的检测及糖尿病患者的疾病诊断要求。
附图说明
图1是根据本发明实施例所述的丙酮气敏传感器的结构示意图；
图2是根据本发明实施例所述的丙酮气敏传感器对不同气体的响应情况比较图；
图3是根据本发明实施例所述的丙酮气敏传感器对丙酮的响应-恢复曲线图；
图4是根据本发明实施例所述的丙酮气敏传感器对不同浓度丙酮的灵敏度曲线图；
图5是根据本发明实施例所述的丙酮气敏传感器对丙酮测试的稳定性展示图。
图中所示：
1-铂丝引线；2-绝缘陶瓷管；3-环形金电极；4-镍铬合金加热电阻丝；5-超细氧化钨纳米线敏感材料涂层。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明的实施例所述的一种以超细氧化钨纳米线为敏感材料的新型丙酮传感器，包括Al2O3绝缘陶瓷管2，所述绝缘陶瓷管2的外侧面涂覆有超细氧化钨纳米线敏感材料涂层5，所述绝缘陶瓷管2的内侧贯穿设有镍铬加热电阻丝4，用于与加热系统(图中未示)相连，所述绝缘陶瓷管2靠近两端的部位套设有环形金电极3，所述环形金电极3上设有4根铂丝引线1，用于将所述传感器与检测系统(图中未示)连接。
本实施例中，超细氧化钨纳米线敏感材料采用富含氧缺陷的超细氧化钨纳米线作为气敏传感材料，利用乙醇为溶剂研磨至糊状，均匀涂覆，室内干燥即可。
本发明还公开了一种采用超细氧化钨纳米线为敏感材料的丙酮传感器的制备方法，包括以下步骤：
1、超细氧化钨纳米线的制备
采用一步水热法，0.3g六氯化钨溶于100mL乙醇中，得到浅绿色的六氯化钨醇溶液。将该醇溶液置于高压反应釜中，180℃下反应24小时，冷却至室温后，将其离心分离、洗涤、真空干燥备用。
2、绝缘陶瓷管的预处理
将环形金电极3上的铂丝引线1展开，用无水乙醇清洗环形金电极3及Al2O3绝缘陶瓷管2的表面，确保其表面干净无杂质，晾干备用。
3、气敏材料的涂覆
将适量的超细氧化钨纳米材料与乙醇置于研钵中，充分研磨，形成糊状，用小毛刷将其均匀涂覆在带有形金电极3的氧化铝绝缘陶瓷管2上，制成超细氧化钨纳米线敏感材料涂层5，室温晾干。
4、传感器的构建与老化
将镍铬合金加热电阻丝4插入绝缘陶瓷管2中，并将绝缘陶瓷管2及所述电阻丝4焊接到六角基座上，制成旁热式气敏元件，将元件放在老化台上350℃老化24小时。
5、丙酮的检测
应用发明的丙酮气敏传感器，对不同气体进行测试，其灵敏度见图2，对30ppm丙酮的相应恢复曲线见图3，不同丙酮浓度的灵敏度变化见图4,重复11次测定30ppm丙酮的灵敏度变化见图5。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明通过选择催化活性高的纳米功能材料改善传感器的气敏特性，具有选择性好、响应速度快、灵敏度高的特点，可用于空气中丙酮含量的检测，也可作为医院疾病诊断的重要手段。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种以超细氧化钨纳米线为敏感材料的新型丙酮传感器，其特征在于，包括绝缘陶瓷管(2)，所述绝缘陶瓷管(2)的外侧面涂覆有超细氧化钨纳米线敏感材料涂层(5)，所述绝缘陶瓷管(2)的内侧贯穿设有镍铬合金加热电阻丝(4)，所述绝缘陶瓷管(2)靠近两端的部位套设有环形金电极(3)，所述环形金电极(3)上设有4根铂丝引线(1)。
2.根据权利要求1所述的新型丙酮传感器，其特征在于，所述绝缘陶瓷管(2)为Al2O3绝缘陶瓷管。
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