CN115128135A - 具有中空管状结构的Pb掺杂SmFeO3气敏材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有中空管状结构的Pb掺杂SmFeO3气敏材料及其应用。Pb掺杂SmFeO3气敏材料为具有空心管状结构的纳米粉末，Pb的掺杂量为2wt％。其制备方法为：将Fe(NO3)3、Sm2O3、PdCl2、DMF、PVP、无水乙醇和硝酸加入去离子水中得到混合液，将混合溶液加热并搅拌至透明，得到前驱体溶液；将前驱体溶液进行静电纺丝，得到的纳米纤维，将纳米纤维进行烧结得到Pb掺杂SmFeO3气敏材料。本发明用静电纺丝法制备了Pd掺杂SmFeO3气敏材料，具有较大的比表面积和高孔隙率，可以增加气体分子的吸附位点和渗流通道。Pd掺杂SmFeO3的RH适应性、选择性和长期稳定性也大大提高了。
Description
技术领域
本发明涉及半导体气体敏感材料技术领域，具体涉及具有中空管状结构的Pb掺杂SmFeO3气敏材料及其应用。
背景技术
呼吸分析作为一种无创检测方法，因其无痛、家用等优点越来越受到重视。其中，利用丙酮气体检测糖尿病是现阶段最有可能实现的一种疾病检测方法。此前有报道称，健康人呼出气体中的丙酮浓度约为0.3-0.9ppm，而糖尿病患者呼出气体中的丙酮浓度约为0.9-1.8ppm，严重者甚至超过1.8ppm。丙酮浓度如此显著的差异使其成为预诊断糖尿病的生物标志物。
近年来，利用金属氧化物半导体(MOS)气体传感器进行气体检测的报道越来越多。MOSs尤其是ABO3钙钛矿材料具有比表面积大、活性位点丰富的独特优势，可以增加扩散路径，增强气体分子的吸附，从而提高其传感能力。如SmFe0.9Mg0.1O3的检测范围为353-300ppm，ZnFe2O4的检测范围为25-100ppm，NiFe2O4的检测范围为24.3-100ppm，PrFeO3的检测范围为44.94-50ppm，CoFe2O4的检测范围为17.3-100ppm，Pd-NdFeO3的检测范围为50-300ppm，Pt-Zn2SnO4的检测范围为500-680ppm，Ca-YbFeO3的检测范围为1.42-3ppm，LaNi0.5Ti0.5O3的检测范围为5-29ppm，LaFeO3、Gd0.9Ca0.1FeO3的检测范围为117.7-600ppm，La0.68Pb0.32FeO3的检测范围为7-50ppm。作为一种典型的p型MOS，SmFeO3以优异的性能广泛应用于气敏领域：NO2的检测范围为0.2-10.2ppm，CO的检测范围为1.40-100ppm，臭氧的检测范围为1.1-8ppm，甲醇的检测范围为18.19-100ppm。然而，基于SmFeO3的传感器需要在较高的工作温度下工作，增加了能耗和安全隐患，当气体浓度为ppb时，响应较低，无法满足利用呼出的呼吸预诊断糖尿病的要求。所以需要一种在工作温度低、检测灵敏度高，能在PPb浓度下对丙酮响应的。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供具有中空管状结构的Pb掺杂SmFeO3气敏材料及其应用。本发明采用静电纺丝法制备了Pd掺杂SmFeO3气敏材料，该材料为空心管状微结构，使其具有较大的比表面积和高孔隙率，可以增加气体分子的吸附位点和渗流通道。Pd掺杂SmFeO3的RH适应性、选择性和长期稳定性也大大提高了。光照后，RH适应性、选择性和长期稳定性均进一步增加。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种Pb掺杂SmFeO3气敏材料，所述Pb掺杂SmFeO3气敏材料为具有空心管状结构的纳米粉末；所述Pb掺杂SmFeO3气敏材料中Pb的掺杂量为2wt％。
优选的，Pb掺杂SmFeO3气敏材料的平均粒径为64.1nm、平均孔径为11.8nm。
本发明的第二方面，提供Pb掺杂SmFeO3气敏材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将Fe(NO3)3、Sm2O3、PdCl2、DMF、PVP、无水乙醇和硝酸加入去离子水中得到混合液，将混合溶液加热并搅拌至透明，得到前驱体溶液；
(2)将步骤(1)得到的前驱体溶液进行静电纺丝，得到的纳米纤维，将纳米纤维进行烧结得到粉末状的Pb掺杂SmFeO3气敏材料。
优选的，步骤(1)中，所述Fe(NO3)3、Sm2O3、PdCl2、DMF、PVP、乙醇和硝酸与去离子的质量比为242：174.4：177.4：100：100：50：50：200。
优选的，所述PVP的重均分子量为1300000；所述硝酸的体积浓度为97％。
优选的，步骤(1)中，所述加热为水浴加热，加热的温度为60℃；所述搅拌为磁力搅拌。
优选的，步骤(2)中，静电纺丝过程中，电压保持在12kV，静电纺丝所用注射器的针尖与收集器之间的距离为20cm，注射速率为0.4mL/h。
优选的，步骤(2)中，所述烧结的温度为800℃，烧结的时间为6h。
本发明的第三方面，提供Pb掺杂SmFeO3气敏材料在制备气敏传感器中的应用。
本发明的第四方面，提供一种Pb掺杂SmFeO3气敏传感器，所述传感器由以下方法制备：
将Pb掺杂SmFeO3气敏材料加入去离子水中制成糊状的浆料，将浆料置于在气敏薄膜上，干燥后得到Pb掺杂SmFeO3气敏传感器。
本发明的第五方面，提供Pb掺杂SmFeO3气敏传感器在检测丙酮或无创诊断糖尿病中的应用。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用静电纺丝法制备了Pd掺杂SmFeO3气敏材料，该材料为空心管状微结构，使其具有较大的比表面积和高孔隙率，可以增加气体分子的吸附位点和渗流通道。与SmFeO3相比，Pd掺杂SmFeO3的响应明显提高，在光照下进一步提高。Pd掺杂SmFeO3的RH适应性、选择性和长期稳定性也大大提高了。
(2)本发明制备的Pd掺杂SmFeO3气敏材料制成气敏传感器，在引入光照后，最佳工作温度较SmFeO3相比，降低了100℃。
(3)本发明采用Pd掺杂SmFeO3气敏传感器对真人呼出气体中的丙酮浓度进行检测，与气相色谱-质谱法相比，误差小于10％，外加光条件下误差更小。
(4)本发明的制备方法简单、成本低，适合工业化生产，可降低糖尿病体外无创诊断的成本，真正做到惠及广大糖尿病患者。
附图说明
图1：Pd掺杂SmFeO3传感器制备流程图；
图2：(a)Pd掺杂SmFeO3的XRD图谱3；(b)2wt％Pd掺杂SmFeO3的EDS谱图3；(c-d):2wt％Pd掺杂SmFeO3的SEM图案；(e-f)2wt％Pd掺杂SmFeO3的TEM图；(g)2wt％Pd掺杂SmFeO3的吸附-解吸等温线和孔径分布(插图)纳米复合材料；(h)Pd掺杂量不同的情况下SmFeO3的比表面积；
图3：(a)Pd掺杂SmFeO3的响应在操作温度下对丙酮气体的响应；(b-d)Pd掺杂SmFeO3在操作温度下对丙酮的响应；(e-g)220℃时Pd掺杂SmFeO3对丙酮的电阻曲线；(h-j)Pd掺杂SmFeO3对丙酮的响应恢复时间随操作温度的变化。
图4：(a-c)Pd掺杂SmFeO3响应之间的线性关系和丙酮浓度；(d-f)Pd掺杂SmFeO3的选择性比较对丙酮和其他几种气体的选择性；(g)Pd掺杂SmFeO3在RH下的电阻曲线；(h)Pd掺杂SmFeO3对RH的响应曲线；(i)Pd掺杂SmFeO3响应的长期稳定性。
图5：(a)光照下Pd掺杂SmFeO3的响应；(b-d)的响应Pd掺杂SmFeO3光照下配合工作温度。
图6：(a-c)2wt％Pd掺杂SmFeO3在光照和操作温度下对丙酮的响应恢复时间；(d-f)Pd掺杂SmFeO3在RH光照下的响应；(g)Pd掺杂SmFeO3在RH光照下的电阻曲线；(h)Pd掺杂SmFeO3的响应曲线RH光下的响应曲线；(i)Pd掺杂SmFeO3响应的长期稳定性。
图7：(a-b)Pd掺杂SmFeO3的电子结构变化；(c)SmFeO3与2wt％Pd掺杂SmFeO3的电阻对比；(d)2wt％Pd掺杂SmFeO3在附加光照下的整个过程的电阻曲线；(e)2wt％Pd-SmFeO3的紫外可见漫反射光谱和能带隙(插图)。
图8：(a)呼出呼吸测量装置示意图；(b)Pd掺杂SmFeO3在光照下对40000ppm CO2的响应；(c)志愿者呼出气体中的丙酮浓度。
图9：对比例1制备的传感器对不同浓度丙酮的反应。
图10：220℃下，对比例1制备的传感器对不同浓度丙酮的抗性动态曲线；
图11：对比例1制备的传感器对1ppm丙酮的响应恢复时间随操作温度的变化；
图12：丙酮浓度与对比例1制备的传感器的响应呈线性关系；
图13：人呼出气体中对比例1制备的传感器对1ppm丙酮和其他几种常见气体的选择性比较；
图14：相对湿度下对比例1制备的传感器的电阻曲线；
图15：对比例1制备的传感器对RH的响应曲线；
图16：对比例1制备的传感器的长期稳定性响应。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术部分介绍的，基于SmFeO3的传感器需要在较高的工作温度下工作，增加了能耗和安全隐患，当气体浓度为ppb时，响应较低，无法满足利用呼出的呼吸预诊断糖尿病的要求。
基于此，本发明的目的是提供具有中空管状结构的Pb掺杂SmFeO3气敏材料及其应用。如图1所示，本发明首先将Fe(NO3)3、Sm2O3、PdCl2、DMF、PVP、无水乙醇和硝酸与去离子水中混合，加热并搅拌至透明，得到前驱体溶液；将前驱体溶液进行静电纺丝，得到的纳米纤维，将纳米纤维进行烧结得到粉末状的Pb掺杂SmFeO3气敏材料。最后将Pb掺杂SmFeO3纳米粉末加入去离子水中制成糊状的浆料，将浆料置于在气敏薄膜上，干燥后得到Pb掺杂SmFeO3气敏传感器。本发明制备的Pb掺杂SmFeO3纳米粉末为空心管状微结构，使其具有较大的比表面积和高孔隙率，可以增加气体分子的吸附位点和渗流通道。与SmFeO3相比，Pd掺杂SmFeO3的响应明显提高，在光照下进一步提高。Pd掺杂SmFeO3的RH适应性、选择性和长期稳定性也大大提高了。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
定义气敏响应S为Rg/Ra。Ra是传感器在空气中的电阻，Rg是传感器在目标气体中的电阻。响应时间定义为上升阶段达到最大响应值的90％所需的时间，恢复时间定义为下降阶段恢复初始响应值的10％所需的时间。
实施例
Fe(NO3)3、Sm2O3、PdCl2、DMF(99.5％)、PVP(Mw＝1300000)、无水乙醇(99.7％)和HNO3和去离子水按242：174.4：177.4：100：100：50：50：200的质量比称重后混合(图1a)。将混合溶液在水浴中60℃磁化搅拌加热至透明，得到静电纺丝前驱体溶液(图1b)。然后将制备好的前驱体溶液转移到10ml注射器中。在纺丝过程中，电压保持在12kV，针尖与收集器之间的距离约为20cm，注射速率为0.4mL/h，得到的纳米纤维在马弗炉中800℃烧结6小时。最后得到2wt％Pd掺杂SmFeO3粉末。
取少量Pd-SmFeO3粉末放入玻璃容器中，再加入足够的水制成糊状(图1d)。将浆料放置在气敏薄膜上(图1e)。将制备好的平面极板在老化平台上老化48小时，使其干燥，得到传感器。
对比例1
与实施例的区别在于：不添加PdCl2，制备得到0wt％Pd掺杂SmFeO3粉末。
对比例2
与实施例的区别在于：调整PdCl2的加入量，制备得到1wt％Pd掺杂SmFeO3粉末。
对比例3
与实施例的区别在于：调整PdCl2的加入量，制备得到3wt％Pd掺杂SmFeO3粉末。
性能表征：
实施例和对比例1～3制备的不同掺杂量Pd掺杂SmFeO3的X射线衍射分析如图2a所示。与标准卡(PDF卡:39-1490)相比，它显示为单相。平均粒径可以用Scherrer法计算。舍勒方程如下:
其中λ为x射线的波长，β为衍射峰的积分宽度，θ为布拉格衍射角。Pd掺杂SmFeO3的平均粒径分别为76.3nm(对比例1)、73.8nm(对比例2)、64.1nm(实施例)和61.9nm(对比例3)。说明Pd元素可以抑制MOSs晶粒的生长。由于Pd元素掺杂量低，特征峰无法在XRD图谱中体现，因此对2wt％Pd-SmFeO3进行EDS(能量色散光谱)光谱以确认Pd元素的存在。从图2b可以看出，Pd元素掺杂在材料中。
图2c-d为2wt％Pd-SmFeO3在不同放大倍率下的扫描电子显微镜。可以看出，该材料呈现出纳米管状的微观结构。在材料制备阶段，烧结后，随着PVP在高温下分解，材料表面变得粗糙，纳米管变得中空。2wt％Pd-SmFeO3的TEM图像如图2e-f所示：面间距分别为0.195nm和0.349nm，分别指向SmFeO3六方晶格的(221)和(111)面。
实施例制备的2wt％Pd-SmFeO3的比表面积和孔隙率通过氮吸附-脱附测量进一步分析了中空纳米纤维。图2g显示了实施例制备的2wt％Pd-SmFeO3的BET曲线和对应的Barrett-Joyner-Halenda(BJH)孔径分布(插图)。2wt％Pd-SmFeO3的比表面积为28.68m2/g，平均孔径为11.8nm。SmFeO3的比表面积不同Pd掺杂量时的比表面积如图2h所示。可以看出，当Pd元素掺杂量为2wt％时，复合粉体呈现出最大的比表面积。由于Pd元素可以抑制MOSs晶粒的生长，晶粒尺寸越小，比表面积越大。但是，当掺杂量过高时，颗粒会在小范围内出现团聚现象，而物料比表面积减小。比表面积是影响材料灵敏度的一个重要因素。较大的比表面积可以提供更多的吸附位点，可以增强传感材料与气体分子之间的反应，导致对目标气体的响应更高。
试验例：
1.气体传感性能
对于气敏材料来说，对目标气体的敏感性一直是其最重要的特性。不同Pd掺杂量的SmFeO3对1ppm丙酮的响应如图3a所示。对于所有样品，在220℃时得到的响应最高。对1ppm丙酮的最高响应分别为3.36(对比例1)、4.16(对比例2)、10.73(实施例)和7.38(对比例)。图3b-d和图9显示了所有样品在操作温度下对0.01-1ppm丙酮的响应。还可以看出，对于任意浓度的丙酮，最佳操作温度为220℃。
对于Pd-SmFeO3，不同浓度丙酮气体响应的重复性如图3e-g和图10所示。可以看出，对于不同浓度的丙酮气体，气敏材料的电阻在每次去除丙酮气体后都能恢复到初始值，说明该材料具有优良的重复性。所有样品的响应恢复时间如图3h-j和图11所示。可以看出，在达到220℃之前，响应恢复时间随操作温度的增加而增加，220℃之后，响应恢复时间随操作温度的进一步升高而减少。
材料的灵敏度与气体浓度之间的关系非常重要，可以利用高度拟合的关系来预测给定气体浓度下的响应值。可以看出，响应值与气体浓度有很好的线性关系，与所有R2值大于94％(图4a-c和图12)。Pd-SmFeO3对1ppm丙酮和人呼出的其他几种常见气体的选择性比较如图4-f和图13所示。可以看出，与其他气体相比，Pd-SmFeO3对丙酮气体表现出较高的选择性。特别是对于N2、O2、NO、CO2、CO等人呼出呼吸中的常见气体，反应可以忽略不计，这样就可以更准确地检测到人呼出呼吸中的丙酮。对于Pd-SmFeO3，电阻随RH减小，但减小的比例不同(图4g和图14)。在20％-90％RH范围内，下降的比例为:78.5％(对比例1)、77.2％(对比例2)、57.1％(实施例)和69.2％(对比例3)。说明2wt％Pd-SmFeO3的抗性表现出最高的RH适应性。RH也会影响气敏材料对目标气体的响应。图4h和图15显示了Pd-SmFeO3在RH条件下对1ppm丙酮的响应。可以看出，响应随RH的增加而降低。而在50％RH之前，响应受其影响很小。但在50％RH后，响应急剧下降。这意味着本研究中的气体传感器可以在低RH环境下使用，无需考虑RH的影响。这将极大地拓展其实际应用领域。
长期稳定性是气敏材料的另一个重要特性。长期稳定性越高，气敏材料的更换周期越长，就越具有经济和能源优势。图4i和图16显示了Pd-SmFeO3 30天的长期稳定性。实验数据每2天获得一次。可以看到，所有的响应都随时间略有下降，但下降的比例不同。下降的比例为:34.5％(对比例1)、25.9％(对比例2)、2.6％(实施例)和7.5％(对比例3)。可以看出，2wt％Pd-SmFeO3的长期稳定性是纯SmFeO3的13倍以上。Pd元素掺杂的SmFeO3在长期稳定性方面表现出更高的优势。
为了降低气敏材料的最佳工作温度，进一步提高气敏材料的灵敏度，在实验过程中引入光对气敏材料进行辐照。图5a显示了Pd-SmFeO3的响应在不同波长的光照下对1PPM丙酮的响应。虚线表示相同材料在没有光照的情况下的响应。在这项研究中，总共使用了六种不同波长的光(365、410、450、535、590和635nm)来照射Pd-SmFeO3。所有样品的响应随光照波长的增加而减小，当光照波长超过535nm时，光对材料响应的影响很小，几乎可以忽略。此外，还研究了在任意工作温度下，不同波长的光对Pd-SmFO3响应的影响。此外，本发明还对不同波长的光对Pd-SmFO3响应的影响在工作温度进行了研究，实施例制备的传感器在光照下，最佳工作温度降至120℃。图5b-d显示了Pd-SmFO3的响应在操作温度下对1PPM丙酮的响应。光照提高了所有样品在任何工作温度下对丙酮的响应，短波长光照对Pd-SmFeO3的响应提高更大。
光照不仅增强了材料的响应，还减少了其响应恢复时间，提高了RH适应性和长期稳定性。图6a-c显示了2wt％Pd-SmFeO3的响应恢复时间不同波长下的光随工作温度的变化。与2wt％Pd-SmFeO3无光照时的响应恢复时间相比，现在的响应恢复时间明显缩短。最显著的是，在356nm光照下，响应恢复时间缩短了近一半。在光照下，Pd-SmFeO3的RH适应性也有所提高，如图6d-f所示。可以看出，在50％RH时，响应再次急剧下降。然而，下降的百分比显著降低，例如从57.2％下降到19.24％(365nm，实施例)。此外，光照也大大提高了Pd-SmFeO3的长期稳定性，如图6g-i所示。尽管在30天后反应缓慢下降，但下降的百分比明显下降，从2.6％下降到2.23％(365nm，实施例)。
2.传感机制分析
图7给出了本工作中整个实验的反应机理。在室温(20℃)下，对于p型半导体来说，Pd-SmFeO3的主要载流子是空穴(h·)(如图7)。根据Kroger-Vink缺陷符号，空穴主要由离子的电离作用产生的
反应可能是这样的：
在Pd元素掺杂之前，很少有氧分子从材料中捕获自由电子，导致材料表面形成氧离子，同时在这个过程中产生的空穴也很少。由于功的作用Pd元素比SmFeO3大，Pd元素掺杂后电子会从SmFeO3转移到周围的Pd纳米粒子，导致在SmFeO3中的空穴数量增加(图7b)。反应可能是这样的：
为了验证这一理论假设，对纯SmFeO3和2wt％Pd-SmFeO3的电阻进行了测试(图7c)。可以看出，在任何操作温度下，2wt％Pd-SmFeO3的电阻都低于SmFeO3，这与上述理论假设一致。
此外，气敏材料在光照射下，电阻减小(图7d)。通过吸收光的能量，会出现电子-空穴对。更多的自由电子跃入传导带，并在价带留下一个空穴。自由电子与材料表面的氧分子结合，导致更多的氧离子被吸附，更多的空穴导致材料的阻力下降。图7e中获得了2wt％Pd-SmFeO3的能带隙，约为2.55eV。因此，Pd-SmFeO3可以吸收波长较短的光(λ＜486nm)的能量，产生光生空穴，增强材料的灵敏度。这也可以解释为什么短波长的光会影响材料的响应，而长波长的光则不会。Pd-SmFeO3表面的氧分子和自由电子之间的反应可能是这样的：
Pd：SmFeO3+hv→e-+h+ (6)
当引入丙酮气体分子时，丙酮气体分子会吸附在Pd-SmFeO3表面，与吸附的氧离子发生反应。丙酮之间的反应分子和氧离子可能是这样的：
CH3COCH3+8O-→3CO2+3H2O+8e- (7)
e-+h+→null (8)
应用例：在糖尿病患者检测中的应用
真人呼出呼吸中丙酮气体浓度检测示意图如图8a所示。可以看到，志愿者们在嘴上戴着呼吸面罩，用一根管子连接操作盒内部，从呼吸面罩中注入呼出的气体。呼出的气体RH一般大于85％，但呼出的气体通过管子进入玻璃反应皿后，玻璃反应皿内整体RH约为25％(玻璃反应皿体积约为28L)。
虽然每个人呼出的气体成分差别很大，但浓度最高的气体是CO2，约40000ppm。图8b显示了Pd-SmFeO3的响应对40000ppm CO2的响应。图8b中A-L是指Pd掺杂量不同、光照条件不同的气敏材料。可以看出，所有样品对CO2的响应都是不可忽视的，因此，在检测丙酮浓度时，对40000ppm CO2的响应需要从对人呼出的呼吸的整体反应中减去。所有样本对四名志愿者呼出气体中丙酮的反应如图8c所示，V1-V4表示4名志愿者的平均值。志愿者的基本情况见表1。
表1志愿者的基本情况
可以看出，图8C中F(实施例，365nm)对4名志愿者呼出的呼吸反应最高，本发明通过气体传感器获得的丙酮浓度高于GC-MS测量的丙酮浓度，但误差在10％以内。这可能是因为人呼出的呼吸中含有一些气体，影响了气体传感器的响应，但影响较小。当人呼出气体中的丙酮浓度大于0.9ppm时，就被认定为糖尿病患者，当小于0.9ppm时，就被认定为健康。这一结果与四位志愿者的实际情况相吻合，也说明利用丙酮气体传感器进行糖尿病预诊断是可行有效的。
本发明中，采用静电纺丝法合成了Pd修饰SmFeO3 SmFeO3。它具有较大的比表面积和高孔隙率，在一定程度上提高了气敏材料的响应。Pd的最佳掺杂含量为2wt％，Pd元素的掺杂作为催化剂，极大地提高了SmFeO的气敏性、RH适应性、选择性和长期稳定性。此外，当光照射到Pd-SmFeO3上时，光波长越短，其响应改善越大，其最佳工作温度降低越大。当光波长增加到一定程度时，对Pd-SmFeO3的响应影响不大。这与Pd-SmFeO3的带隙有关。而且，RH适应性和长期稳定性Pd-SmFeO3的化学性质在光照下得到了很大的改善。最后，利用Pd-SmFeO3气体传感器检测了4名志愿者呼出气体中的丙酮浓度，并与GC-MS检测结果进行了比较。结果表明，误差在10％以内，可以接受。本研究充分表明，贵金属掺杂和光照射是提高气敏响应的两种高效途径材料，通过丙酮气体传感器对糖尿病进行预诊断是可行且有效的。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种Pb掺杂SmFeO3气敏材料，其特征在于，所述Pb掺杂SmFeO3气敏材料为具有空心管状结构的纳米粉末；所述Pb掺杂SmFeO3气敏材料中Pb的掺杂量为2wt％。
2.权利要求1所述Pb掺杂SmFeO3气敏材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将Fe(NO3)3、Sm2O3、PdCl2、DMF、PVP、无水乙醇和硝酸加入去离子水中得到混合液，将混合溶液加热并搅拌至透明，得到前驱体溶液；
(2)将步骤(1)得到的前驱体溶液进行静电纺丝，得到的纳米纤维，将纳米纤维进行烧结得到粉末状的Pb掺杂SmFeO3气敏材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述Fe(NO3)3、Sm2O3、PdCl2、DMF、PVP、无水乙醇和硝酸与去离子的质量比为242：174.4：177.4：100：100：50：50：200。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述PVP的重均分子量为1300000；所述硝酸的体积浓度为97％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热为水浴加热，加热的温度为60℃；所述搅拌为磁力搅拌。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，静电纺丝过程中，电压保持在12kV，静电纺丝所用注射器的针尖与收集器之间的距离为20cm，注射速率为0.4mL/h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述烧结的温度为800℃，烧结的时间为6h。
8.权利要求1所述的Pb掺杂SmFeO3气敏材料在制备气敏传感器中的应用。
9.一种Pb掺杂SmFeO3气敏传感器，其特征在于，所述传感器由以下方法制备：
将权利要求1所述的Pb掺杂SmFeO3气敏材料加入去离子水中制成糊状的浆料，将浆料置于在气敏薄膜上，干燥后得到Pb掺杂SmFeO3气敏传感器。
10.权利要求9所述的Pb掺杂SmFeO3气敏传感器在检测丙酮或无创诊断糖尿病中的应用。
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