CN113219011B - Co掺杂SnO2的甲醛-丙酮气体传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛‑丙酮双模气体传感器及其制备方法，属于气体传感器技术领域。由外表面具有金电极的陶瓷管、涂覆在陶瓷管外表面的三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2的纳米敏感材料组成。敏感材料是以聚苯乙烯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯为原料，水为溶剂，过硫酸钾为引发剂，水浴制备聚苯乙烯微球；然后，以聚苯乙烯微球自组装形成的三维蛋白石结构为硬模板，以稀盐酸、过氧化氢水溶液为溶剂，以水合硝酸钴和水合氯化锡为原料，超声雾化沉积，最后在空气中烧结，除去聚苯乙烯微球模板制备得到。本发明传感器在双模检测室内VOCs领域有广阔的应用前景，通过改变工作温度能够实现对不同VOC气体的原位选择性检测。

Description

Co掺杂SnO2的甲醛-丙酮气体传感器及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛-丙酮双模气体传感器及其制备方法。
背景技术
近年来，随着我国经济的快速发展，越来越多的人会选择使用繁琐精致的装修来使居室变得舒适与美观。但是，伴随而来的是室内装修所引发的室内空气污染。其中，甲醛和丙酮作为常见的有害物质，对人体的健康危害不容小觑。因此，气体检测尤为重要。其中，半导体金属氧化物气体传感器由于其具有价格低、全固态、体积小、可集成化等优点一直是气体传感器领域中研究的热点。虽然半导体氧化物气体传感器已经具备了一定的商业化基础，但无法满足人们对气体检测的需求，仍需进一步提高传感器的灵敏度、选择性和稳定性，以及降低气体传感器的工作温度。
研究表明，气体传感器的气敏特性与敏感材料的微纳结构密切相关，敏感材料的比表面积、颗粒尺寸、孔道结构等特征都可以直接影响半导体气敏材料的敏感性能。目前研究人员已发现多种微纳结构，如核壳结构、中空结构、分等级结构等。三维反蛋白石纳米结构即为高维度的分等级结构的一种，该结构的纳米材料具有较大的比表面积，有效的气体扩散通道和良好有序的周期性、优秀的抗团聚性等优点，使三维反蛋白石纳米结构逐渐成为研究热点。此外，原位掺杂对痕量挥发性有机化合物(VOC)气体的选择性检测也有明显的促进作用。由于过渡金属离子掺杂可以作为催化剂提高气敏反应活性，以及通过掺杂产生的氧空位会使化学吸附氧明显增强。原位掺杂还会导致纳米颗粒晶粒尺寸的调节，影响晶粒间接触，调控费米能级位置、电子耗尽区宽度和带隙，从而控制半导体氧化物传感材料的电导率和化学吸附氧的浓度，最终提高灵敏度和改变选择性。
虽然通过上述策略可以实现单一高性能传感器对某一特定VOC气体的选择性检测，但在检测各种室内VOC气体时，传感器数量的增加是不可避免的。为了用最少的传感器建立空气质量监测系统，开发具有可调选择性的双模或多模检测的气体传感器是至关重要的。
发明内容
本发明目的是提供一种基于三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛-丙酮双模气体传感器及其制备方法，该方法高效、简便，并通过改变工作温度实现对甲醛和丙酮气体的选择性检测。
本发明首先通过无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯微球，即以聚苯乙烯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯作为出发原料，水作为溶剂，过硫酸钾作为引发剂，水浴制备聚苯乙烯微球；然后，再以聚苯乙烯微球为模板，以稀盐酸、过氧化氢水溶液的混合液为溶剂，以一定比例的水合硝酸钴和水合氯化锡为原料，超声雾化沉积，最后在空气中烧结，除去聚苯乙烯微球模板，得到三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2的敏感材料。
本发明所述的基于三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛-丙酮双模气体传感器，其特征在于：采用旁热式结构，由陶瓷管、环绕在陶瓷管外表面的两条平行且分立的金电极、涂覆在陶瓷管外表面和金电极上的三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2的敏感材料组成；其中，三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料由如下步骤制备得到：
(1)首先将0.15～0.50g的聚苯乙烯磺酸钠、0.05～0.35g的碳酸氢钠、10～50 mL的苯乙烯依次加入到150～500mL去离子水中，在氮气氛围(氮气流速：50～80 sccm)、60～80℃、搅拌下水浴加热0.5～1.5h后，再加入0.05～0.35g的过硫酸钾，继续在氮气氛围(氮气流速：50～80sccm)、60～80℃、搅拌下水浴加热16～20h；
(2)待步骤(1)产物冷却到室温后用水和乙醇交替进行离心洗涤5～7次，将离心产物60～80℃下干燥12～16小时，得到聚苯乙烯微球粉末；
(3)将0.5～1g步骤(2)得到的聚苯乙烯微球粉末、0.05～0.25g的 SnCl4·5H2O、0.004～0.013g的Co(NO3)2·6H2O依次加入到含有0.10～0.20mL稀盐酸(质量分数1％～2％)、0.10～0.20mL过氧化氢(质量分数28％～30％)的20mL 去离子水中，搅拌40～80min直至其全部溶解；
(4)将步骤(3)得到的溶液进行超声雾化沉积，在超声过程中始终以氮气作为载气(氮气流速：800～1000sccm)；将得到的超声雾化产物用去离子水和乙醇交替清洗5～7次，然后在60～80℃下烘干，再在400～600℃下煅烧2～5h，从而制备得到三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料。
本发明所述的一种基于三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛- 丙酮双模气体传感器的制备方法，其步骤如下：
(1)取三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料与异丙醇按质量比0.5： 08～1.2均匀混合得到浆料，用毛刷蘸取少量浆料涂覆在陶瓷管外表面，形成厚度为15～30um的纳米材料敏感层，并使纳米材料敏感层完全覆盖金电极；
(2)将涂覆好纳米材料敏感层的陶瓷管在200～350℃下烧结2～4h，再将电阻值为30～40Ω的镍铬合金加热丝穿过陶瓷管内部提供热源，然后通过铂丝导线将陶瓷管焊接在通用旁热式六角管座上，从而得到本发明所述的基于三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛-丙酮双模气体传感器。
工作原理：
当三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的气体传感器置于空气中时，半导体材料表面通过物理吸附和化学吸附作用形成吸附氧O2 -，材料表面形成耗尽层。当传感器在一定合适温度下接触VOC(甲醛或丙酮)气体时，气体分子将吸附在传感器表面，会与敏感材料表面的化学吸附氧反应，使得被俘获的电子被释放到敏感材料，电子浓度的升高，表现为气敏材料电阻值的降低。定义传感器的灵敏度S：S＝Rgas/Rair，其中Rair为传感器在空气中的电阻，Rgas为传感器接触待测气体后的电阻。当工作温度低于225℃时，甲醛与O-之间的氧化还原反应相较于丙酮更容易发生，气体传感器对甲醛具有较高的灵敏度。然而随着工作温度的升高，吸附的甲醛在丙酮与O-之间发生氧化还原反应前更容易从材料表面脱附，因此气体传感器的选择性发生了变化。由于气体分子的亲和能不同，在不同温度下气体的活跃性不同。根据前线轨道理论，丙酮的最低未占据分子轨道低于甲醛。当温度高于225℃时，气敏材料更倾向于与丙酮反应，导致了不同温度下选择性的变化。
因此，本发明的三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛-丙酮双模气体传感器具有双模VOCs气体传感特性，可在200℃条件下选择性检测甲醛，检测下限可达到50ppb，且可在225℃下选择性检测丙酮，检测下限为500ppb，具有良好的选择性和可重复性。本发明所述传感器在双模检测室内VOCs领域有广阔的应用前景，通过改变工作温度能够实现对不同VOC气体的原位选择性检测。
本发明所述的基于三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛-丙酮双模气体传感器，具有以下优点：
(1)本发明以基于聚苯乙烯微球的硬模板法和超声雾化沉积法制备了三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料，合成方法简单，成本低廉。
(2)本发明所制备的气体传感器通过改变工作温度，实现了在对甲醛和丙酮 VOC气体的选择性监测。
(3)本发明使用的Co掺杂SnO2纳米敏感材料具有三维反蛋白石结构，该结构具有较大的比表面积，可以提供大量的气体吸附与反应的活性位点。同时，该结构可以形成有效的气体扩散通道降低气体分子在敏感材料内部的扩散阻力，提高敏感体利用效率等优点。
(4)本发明制作的三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛-丙酮双模气体传感器制作工艺简单，制备方法步骤简便，成本低廉，适合工业上批量生产。
附图说明
图1为本发明所述的三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛- 丙酮双模气体传感器的结构示意图；
图2为本发明所述的三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的SEM图和TEM图，其中(a)图为SEM图，放大倍数为35000倍，(b)图为SEM图，放大倍数为80000倍，(c)图为HRTEM图。
图3为本发明实施例1、实施例2、实施例3和对比例制备的传感器在不同工作温度下对100ppm的甲醛和丙酮气体的灵敏度曲线。
图4为本发明实施例1、实施例2、实施例3和对比例制备的传感器在200℃和225℃下对100ppm的不同VOC气体的选择性柱形图。
图5为本发明实施例2制备的传感器在200℃工作温度下，对0.05～0.5ppm甲醛的浓度特性曲线(a)；在200℃工作温度下，对1～100ppm甲醛的浓度特性曲线(b)；在225℃工作温度下，对0.5～1ppm丙酮的浓度特性曲线(c)；在225℃工作温度下，对1～100ppm丙酮的浓度特性曲线(d)。
图6为本发明实施例2和对比例制备的传感器在相应的最佳工作温度下对甲醛和丙酮气体的灵敏度-浓度特性曲线。
图7为本发明实施例2制备的传感器在相应的最佳工作温度下的长期稳定性曲线。
如图1所示，各部件名称为：Al2O3绝缘陶瓷管1、铂丝导线2、纳米敏感材料3、两条平行且彼此分立的金电极4、镍铬合金加热丝(30～40Ω)5。
其中Al2O3陶瓷管的内径为0.6～0.8mm，外径为1.0～1.5mm，长度为4～5mm；单个环形金电极的宽度为0.4～0.5mm，两条金电极的间距为0.5～0.6mm；金电极上引出的铂丝导线，其长度为4～6mm。
如图2所示，(a)图中可以看出Co掺杂SnO2纳米材料为三维反蛋白石微球结构，是由纳米粒子堆积而成的多层薄膜结构。(b)图中可以看出三维反蛋白石Co掺杂SnO2纳米材料，分散性好，尺寸比较均一，形成的孔道结构约为160nm； (c)是合成的Co掺杂SnO2纳米材料的TEM图，明显的明暗对比进一步证明了它是由纳米粒子堆积而成的三维反蛋白石结构多层薄膜结构。
如图3所示，(a)图为对比例和实施例1、实施例2、实施例3在不同工作温度下(200℃～300℃)对100ppm的甲醛气体的灵敏度变化曲线；(b)图为对比例和实施例1、实施例2、实施例3在不同工作温度下(200℃～300℃)对100ppm的丙酮气体的灵敏度变化曲线；从图中可以看出实施例2所制备的传感器无论是对甲醛，还是对丙酮均具有较好的气敏特性。
如图4所示，(a)图为实施例2制备的传感器在200℃的工作温度下对100ppm 的不同VOC气体的选择性柱形图，可以看出对甲醛有较高的灵敏度。(b)图为实施例2制备的传感器在225℃下对100ppm的不同VOC气体的选择性柱形图，可以看出对丙酮有较高的灵敏度。
如图5所示，实施例2在工作温度为200℃时，对0.05～100ppm甲醛的灵敏度与气体浓度函数曲线中(图a和b)可以看出传感器的灵敏度随着甲醛浓度的升高而增大。能够检测的甲醛浓度下限为0.05ppm，对应灵敏度为1.3。实施例2 在工作温度为225℃时，对0.5～100ppm丙酮的灵敏度与气体浓度函数曲线中(图 c和d)可以看出传感器的灵敏度随着丙酮浓度的升高而增大。能够检测的甲醛浓度下限为0.5ppm，对应灵敏度为1.2。
如图6所示，当器件在相应的工作温度时，所有器件的灵敏度均随着VOC浓度的增加而增大。其中，实施例2中传感器表现出最佳的气敏特性且具有较低的检测下限。且与对比例相比，实施例2中传感器的灵敏度得到了显著的提高。
如图7所示为实施例2传感器的长期稳定性曲线。在12天的时间里，测试了传感器在工作温度为200℃时，对100ppm甲醛的灵敏度和在工作温度为225℃时，对100ppm丙酮的灵敏度。在12天的时间里，气体传感器的基线电阻值(图 a)和灵敏度(图b)波动范围基本保持在了一个稳定的范围内。由此可见，传感器表现出了良好的稳定性。
具体实施方式
对比例：
以三维反蛋白石结构SnO2纳米敏感材料的气体传感器，其具体的制作过程如下：
(1)首先将0.3g的聚苯乙烯磺酸钠、0.25g的碳酸氢钠、30mL的苯乙烯依次加入到300mL去离子水中，在氮气氛围下(氮气流速：50sccm)水浴加热 (水浴加热温度：80℃)搅拌。搅拌1h后，加入0.15g的过硫酸钾，继续在氮气氛围下(氮气流速：50sccm)水浴加热(水浴加热温度：80℃)搅拌20h；
(2)反应结束后，将得到的产物用水和乙醇交替的进行离心洗涤5次，将得到的产物60℃烘干箱中下干燥12小时，得到聚苯乙烯微球粉末；
(3)将0.6g步骤(2)得到的聚苯乙烯微球粉末、0.25g的SnCl4·5H2O、依次加入到含有0.16mL稀盐酸(质量分数2％)、0.20mL过氧化氢水溶液(质量分数30％)的15mL去离子水中，搅拌60min直至其全部溶解；
(4)将步骤(3)得到的溶液进行超声雾化沉积2h，在超声过程中始终以氮气作为载气(氮气流速：800sccm)，并在超声喷雾雾化室中收集样品。将得到的产物用去离子水和乙醇交替清洗5次，然后在60℃下烘干。干燥结束后，将产物在600℃下进行煅烧3h，得到三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料；
(5)取适量三维反蛋白石结构SnO2敏感材料与异丙醇按质量比0.5mg:1 mg均匀混合，形成涂覆浆料。用毛刷蘸取少量浆料涂覆在陶瓷管外表面，形成厚度为25μm的纳米材料敏感层，并使其完全覆盖金电极；
(6)将涂覆好的陶瓷管在250℃下烧结2h，将电阻值为35Ω的镍铬合金加热丝穿过Al2O3陶瓷管内部提供热源，然后通过铂丝导线将陶瓷管焊接在通用旁热式六角管座上；从而得到三维反蛋白石结构SnO2纳米敏感材料的气体传感器。管状陶瓷衬底的内径为0.7mm，外径为1.1mm，长度为4.5mm；其外表面上自带有两条相互平行的环状金电极，两电极单个宽度为0.4mm，间距为0.5mm；金电极上引出的铂丝导线长度为5mm。
实施例1：
以三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料气体传感器，其具体的制作过程如下：
(1)首先将0.3g的聚苯乙烯磺酸钠、0.25g的碳酸氢钠、30mL的苯乙烯依次加入到300mL去离子水中，在氮气氛围下(氮气流速：50sccm)水浴加热(水浴加热温度：80℃)搅拌。搅拌1h后，加入0.15g的过硫酸钾，继续在氮气氛围下(氮气流速：50sccm)水浴加热(水浴加热温度：80℃)搅拌20h；
(2)反应结束后，将得到的产物用水和乙醇交替的进行离心洗涤5次，将得到的产物60℃烘干箱中下干燥12小时，得到聚苯乙烯微球粉末；
(3)将0.6g步骤(2)得到的聚苯乙烯微球粉末、0.25g的SnCl4·5H2O、依次加入到含有0.16mL稀盐酸(质量分数2％)、0.20mL过氧化氢水溶液(质量分数30％)的15mL去离子水中，搅拌60min直至其全部溶解；
(4)将步骤(3)得到的溶液进行超声雾化沉积2h，在超声过程中始终以氮气作为载气(氮气流速：800sccm)，并在超声喷雾雾化室中收集样品。将得到的产物用去离子水和乙醇交替清洗5次，然后在60℃下烘干。干燥结束后，将产物在600℃下进行煅烧3h，得到三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料；
(5)取适量三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料与异丙醇按质量比0.5mg:1mg均匀混合，形成涂覆浆料。用毛刷蘸取少量浆料涂覆在陶瓷管外表面，形成厚度为25μm的纳米材料敏感层，并使其完全覆盖金电极；
(6)将涂覆好的陶瓷管在250℃下烧结2h，将电阻值为35Ω的镍铬合金加热丝穿过Al2O3陶瓷管内部提供热源，然后通过铂丝导线将陶瓷管焊接在通用旁热式六角管座上；从而得到三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的气体传感器。管状陶瓷衬底的内径为0.7mm，外径为1.1mm，长度为4.5mm；其外表面上自带有两条相互平行的环状金电极，两电极单个宽度为0.4mm，间距为0.5 mm；金电极上引出的铂丝导线长度为5mm。
实施例2：
以三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料气体传感器，其具体的制作过程如下：
(1)首先将0.3g的聚苯乙烯磺酸钠、0.25g的碳酸氢钠、30mL的苯乙烯依次加入到300mL去离子水中，在氮气氛围下(氮气流速：50sccm)水浴加热 (水浴加热温度：80℃)搅拌。搅拌1h后，加入0.15g的过硫酸钾，继续在氮气氛围下(氮气流速：50sccm)水浴加热(水浴加热温度：80℃)搅拌20h；
(2)反应结束后，将得到的产物用水和乙醇交替的进行离心洗涤5次，将得到的产物60℃烘干箱中下干燥12小时，得到聚苯乙烯微球粉末；
(3)将0.6g步骤(2)得到的聚苯乙烯微球粉末、0.25g的SnCl4·5H2O、依次加入到含有0.16mL稀盐酸(质量分数2％)、0.20mL过氧化氢水溶液(质量分数30％)的15mL去离子水中，搅拌60min直至其全部溶解；
(4)将步骤(3)得到的溶液进行超声雾化沉积2h，在超声过程中始终以氮气作为载气(氮气流速：800sccm)，并在超声喷雾雾化室中收集样品。将得到的产物用去离子水和乙醇交替清洗5次，然后在60℃下烘干。干燥结束后，将产物在600℃下进行煅烧3h，得到三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料；
(5)取适量三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料与异丙醇按质量比0.5mg:1mg均匀混合，形成涂覆浆料。用毛刷蘸取少量浆料涂覆在陶瓷管外表面，形成厚度为25μm的纳米材料敏感层，并使其完全覆盖金电极；
(6)将涂覆好的陶瓷管在250℃下烧结2h，将电阻值为35Ω的镍铬合金加热丝穿过Al2O3陶瓷管内部提供热源，然后通过铂丝导线将陶瓷管焊接在通用旁热式六角管座上；从而得到三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的气体传感器。管状陶瓷衬底的内径为0.7mm，外径为1.1mm，长度为4.5mm；其外表面上自带有两条相互平行的环状金电极，两电极单个宽度为0.4mm，间距为 0.5mm；金电极上引出的铂丝导线长度为5mm。
实施例3：
以三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料气体传感器，其具体的制作过程如下：
(1)首先将0.3g的聚苯乙烯磺酸钠、0.25g的碳酸氢钠、30mL的苯乙烯依次加入到300mL去离子水中，在氮气氛围下(氮气流速：50sccm)水浴加热 (水浴加热温度：80℃)搅拌。搅拌1h后，加入0.15g的过硫酸钾，继续在氮气氛围下(氮气流速：50sccm)水浴加热(水浴加热温度：80℃)搅拌20h；
(2)反应结束后，将得到的产物用水和乙醇交替的进行离心洗涤5次，将得到的产物60℃烘干箱中下干燥12小时，得到聚苯乙烯微球粉末；
(3)将0.6g步骤(2)得到的聚苯乙烯微球粉末、0.25g的SnCl4·5H2O、依次加入到含有0.16mL稀盐酸(质量分数2％)、0.20mL过氧化氢水溶液(质量分数30％)的15mL去离子水中，搅拌60min直至其全部溶解；
(4)将步骤(3)得到的溶液进行超声雾化沉积2h，在超声过程中始终以氮气作为载气(氮气流速：800sccm)，并在超声喷雾雾化室中收集样品。将得到的产物用去离子水和乙醇交替清洗5次，然后在60℃下烘干。干燥结束后，将产物在600℃下进行煅烧3h，得到三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料；
(5)取适量三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2敏感材料与异丙醇按质量比0.5 mg:1mg均匀混合，形成涂覆浆料。用毛刷蘸取少量浆料涂覆在陶瓷管外表面，形成厚度为25μm的纳米材料敏感层，并使其完全覆盖金电极；
(6)将涂覆好的陶瓷管在250℃下烧结2h，将电阻值为35Ω的镍铬合金加热丝穿过Al2O3陶瓷管内部提供热源，然后通过铂丝导线将陶瓷管焊接在通用旁热式六角管座上；从而得到三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的气体传感器。管状陶瓷衬底的内径为0.7mm，外径为1.1mm，长度为4.5mm；其外表面上自带有两条相互平行的环状金电极，两电极单个宽度为0.4mm，间距为 0.5mm；金电极上引出的铂丝导线长度为5mm。

Claims (4)

1.一种基于三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛-丙酮双模气体传感器，其特征在于：采用旁热式结构，由陶瓷管、环绕在陶瓷管外表面的两条平行且分立的金电极、涂覆在陶瓷管外表面和金电极上的三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2的敏感材料组成；通过改变工作温度能够实现对甲醛和丙酮气体的原位选择性检测；其中，三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料由如下步骤制备得到：
（1）首先将0.15~0.50 g的聚苯乙烯磺酸钠、0.05~0.35 g的碳酸氢钠、10~50 mL的苯乙烯依次加入到150~500 mL去离子水中，在流速50~80 sccm的氮气氛围、60~80 ℃、搅拌下水浴加热0.5~1.5 h后，再加入0.05~0.35 g的过硫酸钾，继续在氮气氛围、60~80 ℃、搅拌下水浴加热16~20 h；
（２）待步骤（1）产物冷却到室温后用水和乙醇交替进行离心洗涤5~7次，将离心产物60~80 ℃下干燥12~16小时，得到聚苯乙烯微球粉末；
（３）将0.5~1 g步骤（2）得到的聚苯乙烯微球粉末、0.05~0.25 g 的SnCl4·5H2O、0.004~0.013 g的Co(NO3)2·6H2O依次加入到含有0.10~0.20 mL 质量分数1%~2%稀盐酸、0.10~0.20 mL质量分数28%~30%过氧化氢的20 mL去离子水中，搅拌40~80 min直至其全部溶解；
（４）将步骤（3）得到的溶液进行超声雾化沉积，在超声过程中始终以流速800~1000sccm的氮气作为载气；将得到的超声雾化产物用去离子水和乙醇交替清洗5~7次，然后在60~80 ℃下烘干，再在400~600 ℃下煅烧2~5 h，从而制备得到三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料。
2.权利要求1所述的基于三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛-丙酮双模气体传感器，其特征在于：工作温度为200 ℃时，用于对甲醛的检测；工作温度为225 ℃时，用于对丙酮的检测。
3.权利要求1所述的基于三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛-丙酮双模气体传感器，其特征在于：陶瓷管的内径为0.6~0.8 mm，外径为1.0~1.5 mm，长度为4~5 mm；单个环形金电极的宽度为0.4~0.5 mm，两条金电极的间距为0.5~0.6 mm；金电极上引出的铂丝导线，其长度为4~6 mm。
4.权利要求1、2或3所述的基于三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛-丙酮双模气体传感器的制备方法，其步骤如下：
（1）取三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料与异丙醇按质量比0.5：0.8~1.2均匀混合得到浆料，用毛刷蘸取少量浆料涂覆在陶瓷管外表面，形成厚度为15~30 um的纳米材料敏感层，并使纳米材料敏感层完全覆盖金电极；
（２）将涂覆好纳米材料敏感层的陶瓷管在200~350 ℃下烧结2~4 h，再将电阻值为30~40 Ω的镍铬合金加热丝穿过陶瓷管内部提供热源，然后通过铂丝导线将陶瓷管焊接在通用旁热式六角管座上，从而得到所述的基于三维反蛋白石结构Co掺杂SnO2纳米敏感材料的甲醛-丙酮双模气体传感器。
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