CN109580885B - 一种CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶的气敏材料涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气敏材料领域，旨在提供一种CuO/Cu2O‑La2O3多相复合溶胶的气敏材料涂层的制备方法。包括：将纳米CuO溶胶和纳米Cu2O溶胶在60～120℃下反应后，加入受限空间分子；混合均匀后滴加纳米La2O3溶胶，在25～50℃下进行溶胶化反应，获得CuO/Cu2O‑La2O3多相复合溶胶；以离心雾化法对金属氧化物气敏元件进行喷涂操作，获得气敏材料涂层。本发明采用纳米溶胶粒子以及稀土氧化物作为改性组元，利用纳米活性效应和稀土独特的理化特性，在受限空间分子结构中制备出高分散型多相复合纳米溶胶，解决了传统纳米溶胶的易团聚问题。采用离心雾化法镀膜技术可实现高质量、均匀化的多相复合纳米膜层的可控制备，能有效提升材料对NOx气体的灵敏度、响应‑恢复特性。
Description
技术领域
本发明涉及气敏材料领域，具体涉及一种CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶的气敏材料涂层的制备方法。
背景技术
大气污染严重威胁人类的健康与生存，金属氧化物气敏元件因其设备简单、体积小、响应快、灵敏度高、成本低等优点，成为检测大气中有害气体的有效手段。而作为气敏元件的核心，气敏材料决定着气敏元件的检测和使用性能。常规的金属氧化物气敏材料有较早发现的SnO2、ZnO、α-氧化铁以及γ氧化铁等。但传统单一组元的气敏材料在检测气体种类及灵敏度上存在一定的局限性，比如灵敏度低、选择性不够高等，所以一些研究学者则通过掺杂微量元素比如稀土元素、添加不同氧化物等来提高气敏材料的检测灵敏度等特性。
纳米材料因其具有高比表面积、高化学活性位点等纳米效应而在气敏材料的高灵敏度应用上存在一定优势。材料粒子的颗粒尺寸越小，参与气敏反应的数量和能量也就越大，其表现出来的气敏特性也就越显著。因此，精确控制气敏材料的成分组成、微观形貌、晶粒粒径、结晶度、掺杂组元等化学性质将有助于制备出灵敏度、选择性、稳定性及响应恢复特性等评价指标优异的气敏元件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶的气敏材料涂层的制备方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶的气敏材料涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照CuO与Cu2O的摩尔比为1∶1取纳米CuO溶胶和纳米Cu2O溶胶，一并加入反应釜中，在60～120℃条件下反应4～18h；
(2)将反应产物导入圆底烧瓶，在搅拌条件下加入受限空间分子；待充分混合均匀后，逐滴加入纳米La2O3溶胶；然后在25～50℃条件下进行溶胶化反应8～14h，最终获得CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶；
所述受限空间分子占CuO、Cu2O和La2O3溶胶总固含量的摩尔百分比为1～3％，纳米La2O3溶胶中La2O3占CuO、Cu2O和La2O3溶胶总固含量的摩尔百分比为9～22％；
(3)使用步骤(2)所获CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶，以离心雾化法对金属氧化物气敏元件进行喷涂操作，在元件表面获得气敏材料涂层。
本发明中，所述离心雾化喷涂的的操作参数为：离心速率3000～5000r/min；雾化空气压力0.2～0.65MPa；喷涂距离100～300mm。
本发明中，所述纳米CuO溶胶的固含量是0.5％。
本发明中，所述纳米Cu2O溶胶的固含量是2％。
本发明中，所述纳米La2O3溶胶的固含量是1.5％。
本发明中，所述受限空间分子是单宁酸、没食子酸或聚乙二醇(PEG2000)。
本发明中，所述搅拌是指磁力搅拌。
发明原理描述：
本发明利用纳米分散结合稀土掺杂改性复合技术在受限空间分子结构中制备高分散性的CuO/Cu2O-La2O3多相复合纳米溶胶，并以此纳米溶胶为前驱体，采用离心雾化法实现纳米溶胶的均匀涂覆，对大气污染气体NOx表现出优异的灵敏度和响应-恢复特性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用纳米溶胶粒子以及稀土氧化物作为改性组元，利用纳米活性效应和稀土独特的理化特性，在受限空间分子结构中制备出高分散型CuO/Cu2O-La2O3多相复合纳米溶胶，解决了传统纳米溶胶的易团聚问题。
(2)本发明采用离心雾化法镀膜技术可实现高质量、均匀化的CuO/Cu2O-La2O3多相复合纳米涂层的可控制备，有效地提升材料对NOx气体的灵敏度、响应-恢复特性。
具体实施方式
本发明中所述纳米CuO溶胶、纳米Cu2O溶胶、纳米La2O3溶胶均为现有技术，均可采用常规制备手段制备获得。
实施例1
(1)按照CuO与Cu2O的摩尔比为1∶1取纳米CuO溶胶和纳米Cu2O溶胶，一并加入反应釜中，在60℃条件下反应18h；
(2)将反应产物导入圆底烧瓶，在搅拌条件下加入受限空间分子；待充分混合均匀后，逐滴加入纳米La2O3溶胶；然后在25℃条件下进行溶胶化反应14h，最终获得CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶；
所述纳米Cu2O溶胶的固含量是2％，纳米La2O3溶胶的固含量是1.5％，纳米CuO溶胶的固含量是0.5％。受限空间分子是单宁酸，占CuO、Cu2O和La2O3溶胶总固含量的摩尔百分比为1％；纳米La2O3溶胶中La2O3占CuO、Cu2O和La2O3溶胶总固含量的摩尔百分比为9％；
(3)使用步骤(2)所获CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶，以离心雾化法对金属氧化物气敏元件进行喷涂操作，在元件表面获得气敏材料涂层；离心雾化喷涂的的操作参数为：离心速率3000r/min；雾化空气压力0.2MPa；喷涂距离100mm。
(4)对制取的CuO/Cu2O-La2O3多相复合纳米涂层进行NOx气体的气敏特性(包括灵敏度、响应-恢复特性等)评价检测。
实施例2
(1)按照CuO与Cu2O的摩尔比为1∶1取纳米CuO溶胶和纳米Cu2O溶胶，一并加入反应釜中，在120℃条件下反应4h；
(2)将反应产物导入圆底烧瓶，在搅拌条件下加入受限空间分子；待充分混合均匀后，逐滴加入纳米La2O3溶胶；然后在50℃条件下进行溶胶化反应8h，最终获得CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶；
所述纳米CuO溶胶的固含量是0.5％，纳米Cu2O溶胶的固含量是2％，纳米La2O3溶胶的固含量是1.5％。受限空间分子是没食子酸，占CuO、Cu2O和La2O3溶胶总固含量的摩尔百分比为3％；纳米La2O3溶胶中La2O3占CuO、Cu2O和La2O3溶胶总固含量的摩尔百分比为22％。
(3)使用步骤(2)所获CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶，以离心雾化法对金属氧化物气敏元件进行喷涂操作，在元件表面获得气敏材料涂层；离心雾化喷涂的的操作参数为：离心速率5000r/min；雾化空气压力0.65MPa；喷涂距离300mm。
(4)对制取的CuO/Cu2O-La2O3多相复合纳米涂层进行NOx气体的气敏特性(包括灵敏度、响应-恢复特性等)评价检测。
实施例3
(1)按照CuO与Cu2O的摩尔比为1∶1取纳米CuO溶胶和纳米Cu2O溶胶，一并加入反应釜中，在90℃条件下反应12h；
(2)将反应产物导入圆底烧瓶，在搅拌条件下加入受限空间分子；待充分混合均匀后，逐滴加入纳米La2O3溶胶；然后在40℃条件下进行溶胶化反应10h，最终获得CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶；
所述纳米CuO溶胶的固含量是0.5％，纳米Cu2O溶胶的固含量是2％，纳米La2O3溶胶的固含量是1.5％。受限空间分子是聚乙二醇(PEG2000)，占CuO、Cu2O和La2O3溶胶总固含量的摩尔百分比为2％，纳米La2O3溶胶中La2O3占CuO、Cu2O和La2O3溶胶总固含量的摩尔百分比为12％。
(3)使用步骤(2)所获CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶，以离心雾化法对金属氧化物气敏元件进行喷涂操作，在元件表面获得气敏材料涂层；离心雾化喷涂的的操作参数为：离心速率4000r/min；雾化空气压力0.45MPa；喷涂距离200mm。
(4)对制取的CuO/Cu2O-La2O3多相复合纳米涂层进行NOx气体的气敏特性(包括灵敏度、响应-恢复特性等)评价检测。
实施对照例4
(1)按照CuO与Cu2O的摩尔比为1∶1取纳米CuO溶胶和纳米Cu2O溶胶，一并加入反应釜中，在90℃条件下反应12h；
(2)将反应产物导入圆底烧瓶，在搅拌条件下加入受限空间分子；待充分混合均匀后在40℃条件下进行溶胶化反应10h，最终获得CuO/Cu2O复合溶胶；
所述纳米CuO溶胶的固含量是0.5％，纳米Cu2O溶胶的固含量是2％。受限空间分子是单宁酸，占CuO和Cu2O溶胶总固含量的摩尔百分比为1.5％，纳米La2O3溶胶中La2O3的摩尔百分比为0％。
(3)使用步骤(2)所获CuO/Cu2O复合溶胶，以离心雾化法对金属氧化物气敏元件进行喷涂操作，在元件表面获得涂层；离心雾化喷涂的的操作参数为：离心速率3500r/min；雾化空气压力0.25MPa；喷涂距离150mm。
(4)对制取的CuO/Cu2O复合纳米涂层进行NOx气体的气敏特性(包括灵敏度、响应-恢复特性等)评价检测。
各实施例的气敏特性测试结果如下表所示：
表1各实施例的气敏特性性能测试结果
本发明利用纳米活性效应和稀土独特的理化特性，在受限空间分子结构中成功制备出高分散型CuO/Cu2O-La2O3多相复合纳米溶胶，解决了传统纳米溶胶的易团聚问题。同时采用离心雾化法镀膜技术可实现高质量、均匀化的CuO/Cu2O-La2O3多相复合纳米涂层的可控制备，有效地提升材料对NOx气体的灵敏度、响应-恢复特性。而且从实施例的结果表明：本发明中采用实施例1和实施例2制得的气敏材料对NOx气体的灵敏度、响应-恢复特性表现更为优异。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。
Claims (6)
1.一种CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶的气敏材料涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照CuO与Cu2O的摩尔比为1∶1取纳米CuO溶胶和纳米Cu2O溶胶，一并加入反应釜中，在60~120℃条件下反应4~18h；
（2）将反应产物导入圆底烧瓶，在搅拌条件下加入受限空间分子；待充分混合均匀后，逐滴加入纳米La2O3溶胶；然后在25~50℃条件下进行溶胶化反应8~14h，最终获得CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶；
所述受限空间分子是单宁酸、没食子酸或聚乙二醇，受限空间分子占CuO、Cu2O和La2O3溶胶总固含量的摩尔百分比为1~3%，纳米La2O3溶胶中La2O3占CuO、Cu2O和La2O3溶胶总固含量的摩尔百分比为9~22%；
（3）使用步骤（2）所获CuO/Cu2O-La2O3多相复合溶胶，以离心雾化法对金属氧化物气敏元件进行喷涂操作，在元件表面获得气敏材料涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，离心雾化喷涂的操作参数为：离心速率3000~5000 r/min；雾化空气压力0.2~0.65MPa；喷涂距离100~300mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米CuO溶胶的固含量是0.5%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米Cu2O溶胶的固含量是2%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米La2O3溶胶的固含量是1.5%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌是指磁力搅拌。
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| CN101368279A (zh) * | 2008-04-16 | 2009-02-18 | 北京蓝景创新科技有限公司 | 介孔金属基电生强氧化剂发射材料 |
| CN101544499A (zh) * | 2009-04-02 | 2009-09-30 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种解决纳米材料高温煅烧团聚的方法 |
| CN103698365A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-02 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种气敏传感器及其制备方法 |
| CN103911577A (zh) * | 2014-04-03 | 2014-07-09 | 上海凯林新技术实业公司 | 一种聚苯酯硅铝可磨损封严涂层复合材料及其制备方法 |
-
2018
- 2018-12-18 CN CN201811555445.0A patent/CN109580885B/zh active Active
Patent Citations (4)
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| Publication number | Publication date |
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