CN1084302C - 一种乙炔酒精气敏材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明乙炔、酒精气敏材料及其制作方法，特征在于以镉、铟、钐的氧化物或盐为原料，制得含离子摩尔比为Cd∶Sm∶In＝1.65-1.5∶0.5-0.4∶2的混合溶液，用碱液共沉淀，洗涤，过滤，烘干，在800℃烧4小时；所得气敏材料可做成气敏元件；具有对乙炔、酒精灵敏度高、对于干扰气体的选择性好、工作范围宽、响应恢复时间短、稳定性好的优点，可用作乙炔、酒精传感器。
Description
本发明涉及掺杂镉、铟、钐的复合氧化物气敏材料，特别是对乙炔和酒精敏感的气敏传感器及其制备方法技术领域。
被称为气敏材料三大系列的SnO2、ZnO、Fe2O3等材料或多或少都存在一些问题，例如普遍选择性不太好；Fe2O3电阻偏大等。这些材料必须掺杂改性后才能对乙炔有一定的气敏效应。此外，有些材料掺杂改性后制成的元件对低浓度的乙炔灵敏度仍然偏低，工作范围小。到目前为止，尚未见采用掺杂镉、铟、钐的复合氧化物作为气敏材料的报道。
美国《化学文摘》(Chemical Abstracts，102卷，142569)报道了一种用于C2H2气体检测的薄膜气体传感器，它采用由高频溅射法在LiNbO3单晶基板上制作的WO3敏感层，仅适用于高浓度检测，而对低浓度的乙炔不能检测；且该方法存在设备复杂、制作成本较高的缺点。
美国《化学文摘》(Chemical Abstracts，106卷，053039)报道了一种可用于检测变压器冷却油中5ppm C2H2气体的乙炔传感器，该乙炔传感器带有一个高聚物透气膜的取样室，在Pt阳极上涂有固体电解质(CuCl-RuCl混合物)C2H2敏感层，还有阴极和直流电源，结构较复杂、制作较麻烦，成本较高。由于这种乙炔传感器的敏感层是固体电解质，靠离子传输导电，必须在一定的温度下才有可观的电导，响应和恢复需要一定的时间，不会很快；且其敏感层中有Cu+离子，较易被氧化，所以元件的稳定性不会很好。
上述文献中没有说明这种乙炔传感器对于其他干扰气体的选择性，也没有给出响应恢复特性，而这些参数对于检测变压器冷却油中低浓度的C2H2气体来说特别重要。
本发明的目的是提供一种由镉铟复合氧化物和钐铟复合氧化物构成的、对乙炔、酒精敏感的气敏材料及其制备方法。
这种对乙炔、酒精敏感的气敏材料，其特征在于它是以镉、铟、钐的氧化物或盐为原料，采用碱液共沉淀法制得的；该材料由镉铟复合氧化物CdO-In2O3和钐铟复合氧化物SmInO3构成，其中三种元素的摩尔比为Cd∶Sm∶In＝1.65-1.5∶0.5-0.4∶2。
本发明制备气敏材料的方法，其特征在于采用碱液共沉淀法，即：以镉、铟、钐的氧化物或盐为原料，制得含三种离子摩尔比为Cd∶Sm∶In＝1.65-1.5∶0.5-0.4∶2的混合溶液，用NaOH或KOH溶液共沉淀；将共沉淀粉用蒸馏水洗涤，过滤，烘干，在700-1000℃烧3-5小时，即得对乙炔、酒精敏感的气敏材料。
以上述气敏材料加纤维素粘合剂充分研磨制成浆料，涂在带有加热丝和金或铂电极的Al2O3陶瓷管上，在温度300℃烧1小时，然后在600℃烧2小时，即制成旁热式气敏元件。
与现有气敏材料相比较，本发明气敏材料的优点是对乙炔、酒精灵敏度高，对于干扰气体的选择性好，工作范围宽，响应恢复快，稳定性好；以本发明气敏材料制作气敏元件结构较简单，制作方便，成本低，可用作乙炔传感器和酒精传感器。
根据本发明人做的对比实验，单独采用CdIn2O4对乙炔和乙醇的气敏性能非常差，对1000ppm乙炔和乙醇灵敏度仅分别为4和8；单独采用SmInO3对乙炔和乙醇没有气敏性能；将二者采用普通的机械混合制成的材料对1000ppm乙炔和乙醇灵敏度仅分别为6和14。而本发明采用共沉淀法制得的镉铟的复合氧化物气敏材料则呈现了非常好的气敏性能：对乙炔的灵敏度高浓度(1000ppm)时可达60.5；当乙炔为5ppm低浓度时，灵敏度亦可达8.3；对酒精浓度为1000ppm时，灵敏度可达180；酒精浓度为100ppm时，灵敏度可达30以上。可用作检测变压器油产生的乙炔的传感器和酒精传感器。
本发明气敏材料对于干扰气体的选择性好。对于高浓度的干扰气体C2H4(3000ppm)、H2(3000ppm)和CO(3000ppm)，乙炔浓度为5ppm(变压器冷却油的故障注意值)时，S乙炔/S干扰气体＞2；对于高浓度的干扰气体汽油(1000ppm)，酒精浓度为100ppm时，S酒精/S干扰气体≌5。
以本发明气敏材料制作的气敏元件响应恢复快。以元件响应恢复到终点所用时间的90％定为响应恢复时间，本发明气敏元件响应恢复时间在最高灵敏度时小于10秒。
以本发明气敏材料制作的气敏元件还具有稳定性好的优点。本发明气敏元件在空气中放置一年，灵敏度无明显变化。可用作检测变压器油产生的乙炔的传感器和酒精传感器。
本发明制备气敏材料及元件的方法，设备简单，制作方便，成本低，效果好。
以下是本发明的实施例。
实施例1：以镉、铟、钐的氧化物为原料制作气敏传感器
将氧化镉、氧化铟、氧化钐按摩尔比为Cd∶Sm∶In＝1.63∶0.5∶2的比例混合，用稀硝酸或稀盐酸使之溶解形成混合溶液，加入NaOH溶液调节PH值至7-9使之沉淀，沉淀经蒸馏水洗涤、过滤、在100-120℃烘干，再在800℃温度烧4小时，即形成气敏材料。经X衍射法测定，该材料由镉铟复合氧化物CdO-In2O3和钐铟复合氧化物SmInO3构成，其中三种元素的摩尔比为Cd∶Sm∶In＝1.63∶0.5∶2。
将该气敏材料加入纤维素粘合剂充分研磨，制成浆料，涂在带有加热丝和金电极的小型Al2O3陶瓷管上，先在300℃温度烧一小时，然后再在600℃烧两小时，使粘合剂燃烧以除去粘合剂，即制得气敏元件。老化10天。测得该气敏元件对1000ppm酒精灵敏度达180，对100ppm酒精的灵敏度达30，对1000ppm汽油灵敏度仅为7；对1000ppm乙炔灵敏度达60，对5ppm乙炔灵敏度达8.3，而对3000ppmC2H4、H2和CO的灵敏度均小于4。该元件对酒精的响应时间为8秒，对乙炔的响应时间为10秒。原来单独采用CdIn2O4对乙炔和乙醇的气敏性能非常差，对1000ppm乙炔和乙醇灵敏度分别为4和8；单独采用SmInO3对乙炔和乙醇没有气敏性能；而两者采用普通的机械混合制成的材料对1000ppm乙炔和乙醇灵敏度分别为6和14。
实施例2：以镉、铟、钐的盐为原料制作气敏传感器
将醋酸镉、硝酸铟、硝酸钐三种盐溶液混合配制成摩尔比为Cd∶In；Sm＝1.56∶0.40∶2的混合溶液，加入KOH溶液调节PH值至7-9使之沉淀，沉淀经蒸馏水洗涤、过滤、80℃烘干后，再在900℃温度烧3小时，形成气敏材料。经X衍射法测定，该材料由镉铟复合氧化物CdO-In2O3和钐铟复合氧化物SmInO3构成，其中三种元素的摩尔比为Cd∶Sm∶In＝1.56∶0.40∶2。
将气敏材料加入纤维素粘合剂充分研磨，制成浆料，涂在带有加热丝和铂电极的小型Al2O3陶瓷管上，先在300℃温度烧1小时，然后在600℃烧2小时，使粘合剂燃烧以除去粘合剂，即制得气敏元件。老化10天。测得该气敏元件对1000ppm酒精灵敏度达180，对100ppm酒精的灵敏度达35，而对1000ppm汽油灵敏度仅为7；对1000ppm乙炔灵敏度达58，对5ppm乙炔灵敏度达8，而对3000ppm的干扰气体C2H4、H2灵敏度均小于4；而对干扰气体CO的灵敏度比实施例1稍有上升，但S乙炔/S干扰气体≈2。该气敏元件对酒精的响应时间为8秒，对乙炔的响应时间为10秒。
Claims (2)
1、一种对乙炔、酒精敏感的气敏材料，特征在于它是以镉、铟、钐的氧化物或盐为原料，采用碱液共沉淀法制得的；该材料由镉铟复合氧化物CdO-In2O3和钐铟复合氧化物SmInO3构成，其中三种元素的摩尔比为Cd∶Sm∶In＝1.65-1.5∶0.5-0.4∶2。
2、一种制备对乙炔、酒精敏感的气敏材料的方法，特征在于采用碱液共沉淀法，即：以镉、铟、钐的氧化物或盐为原料，制得含三种离子摩尔比为Cd∶Sm∶In＝1.65-1.5∶0.5-0.4∶2的混合溶液，用NaOH或KOH溶液共沉淀；将共沉淀粉用蒸馏水洗涤，过滤，烘干，在700-1000℃烧3-5小时。
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