CN117285069B - 一种钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料、mems甲烷传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及MEMS气体传感器技术领域,尤其涉及一种钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料、MEMS甲烷传感器。将硝酸镧、硝酸锂和柠檬酸分散在乙二醇和乙醇的混合溶液中,然后添加钛酸四丁酯并混合均匀,转移到反应釜中进行溶剂热反应,自然冷却后收集沉淀物,经洗涤、干燥和退火后得到La0.5Li0.5TiO3前驱体粉末,将四氯化锡分散在水中,得到四氯化锡溶液,将乙醇和聚乙烯吡咯烷酮分别添加到四氯化锡溶液中,并各自混合均匀,将溶液转移到水热反应釜中进行水热反应,将溶液在室温下离心,收集沉淀物得到SnO2纳米颗粒,将La0.5Li0.5TiO3前驱体粉末分散在水中,然后添加SnO2纳米颗粒,混合均匀后经高温退火处理,得到钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料。对甲烷气体具有增加的响应特性及选择性。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS气体传感器技术领域,尤其涉及一种钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料、MEMS甲烷传感器。
背景技术
为实现能源环境的可持续发展,天然气的生产量和消费量迎来了飞速地增长,甲烷是天然气和煤层气的主要成分,属于易燃易爆气体,在空气中的爆炸限为5%~15%体积分数。甲烷泄漏问题可能会威胁到人们的生命财产安全,造成巨大的经济损失。所以,为了能够保障我们国家对可燃气体的安全使用,保障国家居民的安全以及固定资产不受损害,需要一款高选择性、响应时间快、可以在化工领域的复杂环境下稳定工作的甲烷气体传感器。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料、MEMS甲烷传感器,其对甲烷气体具有增加的响应特性及选择性。
本发明提供了一种甲烷气敏钛酸锂镧/二氧化锡(La0.5Li0.5TiO3/SnO2)纳米材料的制备方法,其包括以下步骤:
1)将硝酸镧、硝酸锂和柠檬酸分散在乙二醇和乙醇的混合溶液中,然后添加钛酸四丁酯并混合均匀,
2)将步骤1)的溶液转移到反应釜中进行溶剂热反应,
3)将溶剂热反应后的溶液自然冷却后收集沉淀物,经洗涤、干燥和退火后得到La0.5Li0.5TiO3前驱体粉末,
4)将四氯化锡分散在水中,得到四氯化锡溶液,将乙醇和聚乙烯吡咯烷酮分别添加到四氯化锡溶液中,并各自混合均匀,
5)将步骤4)的溶液转移到水热反应釜中进行水热反应,
6)将水热反应后的溶液在室温下离心,收集沉淀物,经洗涤、干燥和退火后,得到SnO2纳米颗粒,
7)将步骤3)的La0.5Li0.5TiO3前驱体粉末分散在水中,然后添加步骤6)的SnO2纳米颗粒,混合均匀后经高温退火处理,得到钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料。
更具体地,所述硝酸镧是六水硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)。
更具体地,在步骤1)中在搅拌的条件下缓慢添加所述钛酸四丁酯。
更具体地,步骤2)中的溶剂热反应的条件是在170℃下反应5h。
更具体地,步骤3)中的干燥包括在80℃下烘干。
更具体地,步骤3)中的退火的条件是在700℃下退火3h。
更具体地,硝酸镧、硝酸锂、柠檬酸和钛酸四丁酯的摩尔比为0.6~1.5:0.7~1.7:5~7:1.4~2.5
更具体地,硝酸镧、硝酸锂、柠檬酸和钛酸四丁酯的摩尔比为1:1.1:5~7:2.05
更具体地,步骤1)中无水乙醇和乙二醇的体积比为9:1。
更具体地,在步骤4)所述四氯化锡是五水四氯化锡( SnCl4·5H2O)。
更具体地,在步骤4)中在搅拌的条件下缓慢添加所述乙醇。
更具体地,在步骤4)中在搅拌的条件下缓慢添加所述聚乙烯吡咯烷酮。
更具体地,步骤4)还包括将步骤4)的混合溶液在室温下搅拌1h。
更具体地,在步骤4)中,四氯化锡溶液中四氯化锡的浓度为1-2mM。
更具体地,在步骤4)中,水和乙醇体积比为1:1。
更具体地,在步骤4)中,四氯化锡与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1000~2000:9。
更具体地,在步骤4)中,四氯化锡、乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1000~2000:514.5:9。
更具体地,步骤5)中的水热反应的条件是在180℃下持续反应24h。
更具体地,步骤6)中的洗涤包括对沉淀物用去离子水进行充分洗涤,至洗净CI-,然后离心收集沉淀物。
更具体地,步骤6)中的退火是在马弗炉中进行的。
更具体地,步骤6)中的退火的条件是在500℃下退火4h。
更具体地,步骤6)中的退火是以5℃/min加热至500℃退火。
更具体地,步骤7)中的分散包括超声分散,例如超声处理60min。
更具体地,步骤7)中的分散包括将La0.5Li0.5TiO3前驱体粉末添加到水中然后超声处理60min。
更具体地,步骤4)和7)中的水包括去离子水或蒸馏水。
更具体地,步骤7)中的退火是在1200℃下退火12h。
更具体地,在步骤7)中,La0.5Li0.5TiO3前驱体粉末与水的固液比为1.2~3.6:50(g:ml)。
更具体地,在步骤7)中,La0.5Li0.5TiO3前驱体粉末与SnO2纳米颗粒的质量比为1.2~3.6:0.8~2.4。
更具体地,在步骤7)中,La0.5Li0.5TiO3前驱体粉末与SnO2纳米球的质量比为2.4:1.6。
在另一方面,本发明提供了一种甲烷气敏钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料,其通过如上文所述的方法制备。
在另一方面,本发明提供了一种基于如本文所述的钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器的制备方法,其包括以下步骤:
a.将来料晶圆上的微热板拾取至特定模具,
b.对模具内微热板的悬臂梁处喷涂如本文所述的钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料,然后进行材料固化,
c.将步骤b的微热板进行封装,即得到所述基于如本文所述的钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器。
更具体地,步骤a中的拾取使用全自动芯片拾取设备进行。
更具体地,步骤b中的喷涂使用EHD电流体设备进行。
更具体地,步骤b中的喷涂使用80μm毛细玻璃喷嘴。
更具体地,步骤b中的固化为在180℃下固化2h。
更具体地,所述方法还包括重复步骤b以喷涂三层材料,每层材料的固化条件依次为在180℃下2h、在180℃下2h和在180℃下4h。
更具体地,所述封装包括以下步骤:
i.将微热板与管壳清理后,使用贴片机将微热板与管壳进行粘合,然后进行固化,
ii.使用金丝进行微热板引线键合,
iii.将密封胶在管壳周围均匀点胶,进行管帽封盖,固化。
更具体地,步骤i中的固化为在120℃下固化2h。
更具体地,步骤ii中的金丝为25μm金丝。
更具体地,步骤iii中的固化为在120℃下固化1.5h。
在另一方面,本发明提供了一种通过如上文所述的方法制备的MEMS甲烷传感器。
在另一方面,本发明提供了如上文所述的MEMS甲烷传感器的应用,其包括将如上文所述的MEMS甲烷传感器贴装于印刷电路板,应用于检测甲烷浓度。检测系统由MEMS传感器、放大器、MCU以及LCD显示组成,MEMS传感器需要施加两个直流电压,一个用于为传感器提供特定的工作温度,另一个用于MEMS电源提供;通过MEMS传感器对气体浓度进行监测,产生的监测电压通过放大器的放大,经MCU的AD采集处理后,转化为可显示的气体浓度,进而使用LCD显示屏对气体浓度显示。基于如本文所述的La0.5Li0.5TiO3(LLTO)/SnO2纳米材料的MEMS甲烷传感器用于检测甲烷的机理及有益效果如下:
SnO2气体传感器与LLTO气体传感器的传感机制是相似的,在空气中时,吸附在气敏材料表面的氧气会捕获导带中的电子,形成氧负离子,而SnO2和LLTO均为以电子为主要载流子的n型半导体,氧气吸附后导致载流子减少,电阻增加。当处于检测气体,即甲烷的气氛中时,甲烷会与气敏材料,即SnO2和LLTO表面吸附的氧负离子发生反应,释放电子,电子得以返回导带中,提高带电性,使得电阻降低。
与纯SnO2和LLTO传感器相比,SnO2/LLTO复合传感器对甲烷的传感性能得到了显著的提高,这主要是因为n型半导体SnO2与n型半导体LLTO的复合形成了具有协同作用的n-n异质结。SnO2和LLTO的功函数分别为4.9eV和2.98eV,当复合到一起时,由于其费米能级不同,LLTO导带中能量较低的电子会转移到SnO2中,这导致在SnO2和LLTO处分别形成了电子积累层和电子耗尽层,降低了电子-空穴复合率,使得SnO2/LLTO具有明显大于纯SnO2和LLTO的电子消耗层。同时,由于电子在SnO2和LLTO间的转移,能带在SnO2和LLTO的界面处更加弯曲,形成更大的势垒。这都使得SnO2/LLTO具有明显大于纯SnO2和LLTO的电阻值。当通入甲烷气体后,会产生更大的电阻值变化,显著提高了SnO2/LLTO传感器对甲烷气体的气敏性能。
附图说明
图1显示了应用MEMS甲烷传感器检测甲烷气体时的测试电路图,其中引脚1加热,引脚3加热,引脚5测量,引脚7测量,其余引脚(2,4,6和8)为空白 。
图2显示了基于本发明的钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器的感应机理和能带的示意图。
图3显示了钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的SEM扫描电镜图(图3A、B分别为不同放大比例下的扫描电镜图)。
图4显示了钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的EDS分析图。
图5显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器的响应特性拟合曲线图。
图6显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器对不同浓度的甲烷的响应测试图。
图7显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器在洁净空气中的电压值随时间的变化趋势图。
图8显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器对于不同气体的选择性。
图9显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器的使用温度与电压的变化关系曲线图。
图10显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器的俯视和剖面示意图。
图11显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器的实验室标气模拟实验图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明,但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1:钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的制备及表征
1.La0.5Li0.5TiO3的制备(采用一步水热合成法)
将1g La(NO3)3·6H2O、3.5g柠檬酸和0.25g硝酸锂溶解于2ml乙二醇、18ml乙醇混合溶液中,在室温下用磁力搅拌机完成搅拌,搅拌10min。
向混合溶液中逐滴滴加2ml的钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)溶液,搅拌10min,搅拌完成后转移到反应釜中,放入170℃烘箱中5h。自然冷却后用乙醇将反应釜中下层沉淀物进行洗涤,80℃下烘干后,在700℃,持续加热3h,自然冷却至室温,得到LLTO前驱体粉末。
2.纳米SnO2的制备
称取0.5g的SnCl4·5H2O,溶解于30mL的去离子水中,在室温下用磁力搅拌器将溶液搅拌至澄清透明,形成SnCl4·5H2O的水溶液。
在磁力搅拌下,将30mL无水乙醇逐滴加入SnCl4·5H2O的水溶液中,持续搅拌10min,将溶液搅拌均匀。
在磁力搅拌下,将0.5g聚乙烯吡络烷酮加入到溶液中,形成白色悬浊液,持续搅拌,至溶液混合均匀,再持续搅拌1h。
将得到的混合溶液倒入100 mL的水热反应釜中,并且在180℃下持续反应24h。
待到水浴反应结束后,将反应釜自然冷却到室温,通过离心,得到反应产物,并依次用去离子水和无水乙醇分别清洗,至无氯离子检出。
将清洗得到的产物置于110℃烘箱中12h,将产物烘干,随后将干燥样品置于马弗炉中,以3℃/min的升温速率升温至500℃,保持4h,得到所需要的SnO2纳米颗粒。
3.钛酸锂镧/二氧化锡的制备(生长法)
取2.4g上述制备好的LLTO前驱体粉末溶于50ml的蒸馏水中,进行超声处理60min后,称取1.6 g上述实验中制备好SnO2纳米颗粒,将其加入溶液中进行搅拌5h。
使其反应完全后,在将样品放入马弗炉,以 5℃每分钟,加热到1200℃,持续加热12h,退火处理,得到钛酸锂镧/二氧化锡固体产物,保存待取。
4.对钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料进行SEM和EDS分析,结果分别如图3和图4所示,其证实本实施例成功制备了钛酸锂镧/二氧化锡纳米复合材料。
实施例2:La0.5Li0.5TiO3SnO2纳米材料的制备及表征
1.La0.5Li0.5TiO3的制备(采用一步水热合成法)
将2.5g La(NO3)3·6H2O溶解于55ml乙醇、5ml乙二醇混合溶液中,在室温下用磁力搅拌机完成搅拌,搅拌10min。
搅拌均匀后,向溶液中加入6.5g柠檬酸,在室温下用磁力搅拌机完成搅拌,搅拌10min。
搅拌均匀后,向溶液中加入0.4g硝酸锂,在室温下用磁力搅拌机完成搅拌,搅拌10min。
搅拌均匀后,向混合溶液中滴加3.5ml的钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)溶液,搅拌10min。
搅拌均匀后,将溶液转移到反应釜中,放入170℃烘箱中5h。自然冷却后用乙醇将反应釜中下层沉淀物进行洗涤,80℃下烘干后,再放入马弗炉中,在700℃,持续加热3h,自然冷却至室温,得到LLTO前驱体粉末。
SnO2纳米颗粒的制备
称取1g的SnCl4·5H2O,溶解于30mL的去离子水中,在室温下用磁力搅拌器将溶液搅拌至澄清透明,形成SnCl4·5H2O的水溶液。
在磁力搅拌下,将65mL无水乙醇逐滴加入SnCl4·5H2O的水溶液中,持续搅拌10min,将溶液搅拌均匀。
在磁力搅拌下,将1g聚乙烯吡络烷酮加入到溶液中,形成白色悬浊液,持续搅拌,至溶液混合均匀,再持续搅拌1h。
将得到的混合溶液倒入100 mL的水热反应釜中,并且在180℃下持续反应24h。
待到水浴反应结束后,将反应釜自然冷却到室温,通过离心,得到反应产物,并依次用去离子水和无水乙醇分别清洗,至无氯离子检出。
将清洗得到的产物置于110℃烘箱中12h,将产物烘干,随后将干燥样品置于马弗炉中,以3℃/min的升温速率升温至500℃,保持4h,得到所需要的SnO2纳米颗粒。
3.钛酸锂镧/二氧化锡的制备(生长法)
取1.2g上述制备好的LLTO前驱体粉末溶于50ml的蒸馏水中,进行超声处理60min后,称取0.8g上述实验中制备好SnO2纳米颗粒,将其加入溶液中进行搅拌5h。
使其反应完全后,在将样品放入马弗炉,以 5℃每分钟,加热到1200℃,持续加热12h,退火处理,得到钛酸锂镧/二氧化锡固体产物,保存待取。
实施例3:钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的制备及表征
1.La0.5Li0.5TiO3的制备(采用一步水热合成法)
将1g La(NO3)3·6H2O溶解于20ml乙醇混合溶液中,在室温下用磁力搅拌机完成搅拌,搅拌10min。
搅拌均匀后,向溶液中加入3.2g柠檬酸,在室温下用磁力搅拌机完成搅拌搅拌均匀后。
搅拌均匀后,再向溶液中加入0.2g 硝酸锂,在室温下用磁力搅拌机完成搅拌,搅拌10min。
搅拌期间,向混合溶液中滴加1.8ml的钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)溶液直至搅拌停止。
搅拌均匀后,将1.8ml的钛酸四丁酯逐滴加入混合溶液中,搅拌10min。
搅拌均匀后,将2ml的乙二醇逐滴加入混合溶液中,搅拌30min,搅拌完成后转移到反应釜中,放入170℃烘箱中5h。自然冷却后用乙醇将反应釜中下层沉淀物进行洗涤,80℃下烘干后,再放入马弗炉中,在700℃,持续加热3h,自然冷却至室温,得到LLTO前驱体粉末。
2.SnO2纳米颗粒的制备
称取0.25g的SnCl4·5H2O,溶解于30mL的去离子水中,在室温下用磁力搅拌器将溶液搅拌至澄清透明,形成SnCl4·5H2O的水溶液。
在磁力搅拌下,将15mL无水乙醇逐滴加入SnCl4·5H2O的水溶液中,持续搅拌10min,将溶液搅拌均匀。
在磁力搅拌下,将0.25g聚乙烯吡络烷酮加入到溶液中,形成白色悬浊液,持续搅拌,至溶液混合均匀,再持续搅拌1h。
将得到的混合溶液倒入100 mL的水热反应釜中,并且在180℃下持续反应24h。
待到水浴反应结束后,将反应釜自然冷却到室温,通过离心,得到反应产物,并依次用去离子水和无水乙醇分别清洗,至无氯离子检出。
将清洗得到的产物置于110℃烘箱中12h,将产物烘干,随后将干燥样品置于马弗炉中,以3℃/min的升温速率升温至500℃,保持4h,得到所需要的SnO2纳米颗粒。
3.钛酸锂镧/二氧化锡的制备(生长法)
取3.6g上述制备好的LLTO前驱体粉末溶于50ml的蒸馏水中,进行超声处理60min后,称取2.4g上述实验中制备好SnO2纳米颗粒,将其加入溶液中进行搅拌5h。
使其反应完全后,在将样品放入马弗炉,以 5℃每分钟,加热到1200℃,持续加热12h,退火处理,得到钛酸锂镧/二氧化锡固体产物,保存待取。
实施例4:基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器的制备和测试
基于实施例1制备的钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器如下制备:
来料晶圆使用解胶机进行uv膜解胶,使用全自动芯片拾取设备将晶圆上微热板拾取至特定模具,将放置微热板模具水平放置在EHD电流体设备操作台上(必须保证水平);
使用EHD电流体设备对模具内微热板悬臂梁处(尺寸200μm*200μm)进行纳米材料喷涂,喷涂使用80μm毛细玻璃喷嘴,均匀将纳米材料(粒径小于200nm)喷涂在微热板悬臂上,使用烘箱对材料进行固化,固化时间及温度为180℃,4h;
将1*1*0.3 mm微热板与管壳表面进行清理保证无杂质,使用贴片机在管壳内均匀进行贴片胶点胶,胶水覆盖率大于90%,使用贴片设备芯片拾取功能将微热板水平放置管壳保证微热板偏移度小于±100μm,使用专用的粘合剂,贴片胶固化120℃2h保证贴片胶固化的强度、硬度;
(4)待微热板贴片完成后,使用等离子清洗机进行微热板、管壳金属焊点表面颗粒物清洗,以此保证金丝焊球及鱼尾稳定性,利用金丝键合机使用25μm金丝进行微热板引线键合;
(5)使用自动点胶机将特定密封胶在管壳外径周围均匀点胶,保证胶水均匀性不允许胶水超出外径边缘,胶水厚度±10μm以此保证管帽与管壳结合紧密度,使用真空吸笔进行管帽封盖,封盖后使用真空烘箱进行真空固化120℃1.5h,达到密封胶胶水固化强度保证管帽的粘结性。
对制备的MEMS甲烷传感器进行以下测试:
以甲烷的爆炸下限(5%VOL)定义为可燃气体的100% LEL。
图5显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器的响应特性拟合曲线图。由图可见,随着甲烷浓度的增加,传感器的响应增加。
图6显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器对不同浓度的甲烷的响应的重复响应测试图。在相同的实验条件下,验证基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器在甲烷浓度分别为1000ppm、3000ppm、5000ppm、7000ppm和10000ppm时传感器的可重复性,每个浓度重复测试3次。实验结果表明该气体传感器的响应恢复具有良好的一致性和再现性。
图7显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器在洁净空气中电压值随时间的变化趋势图。从图中能够看出,器件的电压值波动较小,表明了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器具有优异的长期稳定特性。
图8显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器对于不同气体的选择性。从图中可以看出,本发明的传感器对甲烷的响应明显高于其它气体,因而具有优异的选择性。
图9显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器的使用温度与电压的变化关系曲线图。从图中可以看出,本发明可以有效的根据环境温度变化实时调节加热电阻两端电压,进而自动调节加热电阻的加热功率,从而更好的控制气体敏感层温度到达工作温度。
图10显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器的俯视和剖面示意图。
图11显示了本发明的基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器的实验室标气模拟实验图。在通风橱中进行了实验环境的模拟,将标气通过流量计以500ml/min的流量,输送到气体报警器装有甲烷传感器的探头部分,进行测量。
在说明书的描述中,参考术语“一个实施方案”、“具体实施方案”、“实例”等的描述意指结合该实施方案或实例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方案或实例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方案或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方案或实例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施方案做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种甲烷气敏钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料,其特征在于:包括以下制备步骤:
1)将硝酸镧分散在乙二醇和乙醇的混合溶液中,然后依次添加硝酸锂和柠檬酸并各自混合均匀;
2)向步骤1)的溶液依次添加钛酸四丁酯和乙二醇并各自混合均匀,所述的硝酸镧、硝酸锂、柠檬酸和钛酸四丁酯的摩尔比为 0.6~1.5:0.7~1.7: 5~7: 1.4~2.5;
3)将步骤2)的溶液转移到反应釜中进行溶剂热反应;
4)将溶剂热反应后的溶液自然冷却后收集沉淀物,经洗涤、干燥和退火后得到La0.5Li0.5TiO3前驱体粉末;
5)将四氯化锡分散在水中,得到四氯化锡溶液,将乙醇和聚乙烯吡咯烷酮分别添加到四氯化锡溶液中,并各自混合均匀;
6)将步骤5)的溶液转移到水热反应釜中进行水热反应;
7)将水热反应后的溶液在室温下离心,收集沉淀物,经洗涤、干燥和退火后,得到SnO2 纳米球;
8)将步骤4)的La0.5Li0.5TiO3 前驱体粉末分散在水中,然后添加步骤7)的SnO2 纳米球,混合均匀后经高温退火处理,得到钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料,所述的La0.5Li0.5TiO3 前驱体粉末与SnO2 纳米球的质量比为1.2~3.6:0.8~2.4;
在步骤5)中在搅拌的条件下缓慢添加所述乙醇,并且在添加完成后继续搅拌30min,
在步骤5)中缓慢添加所述聚乙烯吡咯烷酮,
步骤6)中的水热反应的条件是在180℃下持续反应24h,
步骤7)中的退火的条件是在500℃下退火4h;
步骤8)中的分散包括将La0.5Li0.5TiO3 前驱体粉末添加到水中然后超声处理60min,
步骤8)中的退火是在1200℃下退火12h。
2. 根据权利要求1 所述的一种钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料,其特征在于:在步骤2)中在搅拌的条件下缓慢添加所述钛酸四丁酯,
步骤3)中的溶剂热反应的条件是在170℃下反应5h,
步骤4)中的退火的条件是在700℃下退火3h。
3. 一种基于根据权利要求1或2任一所述的钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS 甲烷传感器,其特征在于:包括以下制备步骤:
a.将来料晶圆上的微热板拾取至特定模具,
b.对模具内微热板的悬臂梁处喷涂所述的钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料,然后进行材料固化,
c.将步骤b 的微热板进行封装,即得到所述基于钛酸锂镧/二氧化锡纳米材料的MEMS甲烷传感器。
4. 根据权利要求3所述的MEMS 甲烷传感器,其特征在于:步骤b 中的固化为在180℃下固化2h,
所述封装包括以下步骤:
i.将微热板与管壳清理后,使用贴片机将微热板与管壳进行粘合,然后进行固化,
ii.使用金丝进行微热板引线键合,
iii.将密封胶在管壳周围均匀点胶,进行管帽封盖,固化。
5. 根据权利要求3所述的MEMS 甲烷传感器,其特征在于:重复步骤b 以喷涂三层材料,每层材料的固化条件依次为在180℃下2h、在180℃下2h 和在180℃下4h。
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