本發(fā)明涉及一種在陶瓷管上原位生長moo3納米片的方法，屬于納米傳感器的制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著人類科技和工業(yè)社會的發(fā)展，各種易燃、有毒有害氣體的應用越來越廣泛。由于我們?nèi)祟愖陨砀兄秶木窒扌?，對這些有毒有害氣體的種類及濃度定量沒有判斷能力。因此，如何對這些氣體作出快速而準確地檢測變得尤為重要。

moo3材料是一種n型半導體材料，它的禁帶寬度約為3.2ev，并且具有良好的穩(wěn)定性，因此可以作為氣敏材料。當前，人們已經(jīng)掌握了采用不同物理、化學方法制備出不同形貌的moo3納米材料，例如：粒狀、棒狀、帶狀、花狀、空心球狀、海膽狀等。而氧化鉬材料的氣敏機理為表面電阻型，與氣體的響應過程主要是發(fā)生在材料的表面。即所制備的氧化鉬材料的比表面積越大，其表面吸附位點越多，其氣敏性能越出色。與傳統(tǒng)的氧化鉬平面薄膜材料相比較，具有良好二維形貌的moo3納米片材料無疑具有更大的比表面積，所以在氣敏傳感器領(lǐng)域更加具有應用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于：提供一種在陶瓷管上原位生長moo3納米片的方法。需要先制備籽晶層來輔助納米材料生長，本發(fā)明以氧化鋁陶瓷管為襯底,采用水熱法使氧化鋁陶瓷管表面在乙酰丙酮鉬和冰醋酸的混合溶液中直接生長出氧化鉬納米片。本發(fā)明采用水熱法，使納米片結(jié)構(gòu)的氧化鉬是在高溫高壓的生長環(huán)境中生長而成。本發(fā)明通過簡單、環(huán)境友好的水熱法將氧化鉬納米片直接構(gòu)筑于陶瓷管上，省略了傳統(tǒng)手工涂覆氣敏材料制備氣敏傳感器的工藝。目前研究的焦點在于如何直接構(gòu)筑生長于陶瓷管的氧化鉬納米片。

本發(fā)明的目的之二在于提供用于檢測三乙胺氣體的氣敏傳感器，以及在檢測三乙胺氣體上的應用。

但是，現(xiàn)有技術(shù)中并沒有關(guān)于“水熱法原位生長于陶瓷管的氧化鉬納米片的方法”相關(guān)介紹。

另外，采用該方法在陶瓷管上原位生長納米片結(jié)構(gòu)氧化鉬的過程中，水熱生長時間會對納米氧化鉬的形貌產(chǎn)生影響；其稍有控制不當，則無法直接構(gòu)筑獲得良好形貌的片結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明對上述工藝參數(shù)進行了嚴格限定。

本發(fā)明公開了一種在陶瓷管上原位生長moo3納米片的方法，其步驟為：

（1）配置氧化鈦籽晶層溶液

氧化鈦籽晶層溶液的配制：量取鈦酸四丁酯8.5ml置于燒杯中，加入34ml無水乙醇和2.5ml乙二醇胺,攪拌2h后再加入5ml無水乙醇和0.5ml去離子水后繼續(xù)攪拌2h，攪拌結(jié)束后將溶液密封室溫下靜置24h，備用；

（2）配置氧化鉬生長溶液

氧化鉬生長溶液的配制：取0.1305g的乙酰丙酮鉬置于燒杯中后加入35ml冰醋酸和2ml去離子水，攪拌至完全溶解后轉(zhuǎn)移至高壓反應釜中；

（3）片狀結(jié)構(gòu)納米氧化鉬的生長

將氧化鋁陶瓷管在氧化鈦籽晶層溶液中浸漬之后，于500℃煅燒2h；然后置于裝有氧化鉬生長溶液的高壓反應釜中，水熱生長，然后將生長過后的陶瓷管在馬弗爐中進行退火處理，即得到原位生長于氧化鋁陶瓷管的二維片狀結(jié)構(gòu)納米氧化鉬。

上述方法，步驟（3）中，優(yōu)選的，水熱生長溫度為120-180℃，時間為12-24h。

上述方法，步驟（3）中，優(yōu)選的，氧化鋁陶瓷管在浸漬之前用丙酮、乙醇超聲分別超聲處理30min。主要是為了在氧化鋁陶瓷管上獲得生長形貌良好的氧化鉬。

上述方法，步驟（3）中，優(yōu)選的，退火條件為：以2^oc/min的速率升溫至300^oc保溫1h，然后自然冷卻至室溫。

本發(fā)明還公開了一種采用上述二維片狀結(jié)構(gòu)納米氧化鉬制備的氣敏傳感器，其特征在于：所述納米氧化鉬片長度約為500nm，寬度約為50nm；所用氧化鋁陶瓷管長度為4mm，內(nèi)徑1mm，外徑1.4mm；氧化鋁陶瓷管兩端集成金電極，金電極之間相距2mm，金電極上集成四根鉑導線。

上述的氣敏傳感器，為形成氧化鉬/氧化鎂納米片的氣敏傳感器，采用以下方法制備：利用脈沖激光沉積技術(shù)，在所述的氧化鋁陶瓷管二維片狀結(jié)構(gòu)納米氧化鉬表面沉積氧化鎂顆粒，沉積氧化鎂次數(shù)為1000-5000次。

本發(fā)明還公開了一種上述的氣敏傳感器用于三乙胺氣體的檢測。

有益效果：

本發(fā)明的方法，無需事先制備出涂覆法所需粉末，無需手工涂覆，而是在氧化鋁陶瓷管上直接生長出片狀結(jié)構(gòu)氧化鉬；片狀結(jié)構(gòu)氧化鉬的制備過程也是氣敏陶瓷管的制備過程；步驟簡單、耗時短；簡化了傳統(tǒng)氣敏陶瓷管的制備工藝，省時省力，節(jié)約成本；

本發(fā)明所制備的原位生長于氧化鋁陶瓷管的片狀結(jié)構(gòu)氧化鉬形貌可控、納米片結(jié)晶良好、分布均勻，納米片長度約為500nm，寬度約為50nm，彼此相互連接形成網(wǎng)絡；

本發(fā)明的氧化鉬/氧化鎂納米片傳感器，能改善氧化鉬納米針的氣敏性能；對三乙胺表現(xiàn)出較好的選擇性，且對三乙胺的響應有所提高。響應氣體濃度為50ppm。

附圖說明

圖1為實施例1制備的納米片結(jié)構(gòu)氧化鉬的x射線衍射圖譜；圖中橫坐標為衍射峰峰位，縱坐標為衍射峰強度。

圖2為實施例1制備的納米片結(jié)構(gòu)氧化鉬傳感器氣敏材料的部分場發(fā)射掃描電鏡圖及eds能量色散譜圖。

圖3為實施例1制備的納米片結(jié)構(gòu)氧化鉬氣敏傳感器的氣敏性能圖譜；圖中，橫坐標為氣體種類，縱坐標為靈敏度值。其中，1為乙醇、2為異丙醇、3為丙酮、4為對二甲苯、5為三乙胺。

圖4為本發(fā)明實例2制備的氧化鉬/氧化鎂納米片結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖片。

圖5為本發(fā)明實例2制備的氧化鉬及氧化鉬/氧化鎂納米片結(jié)構(gòu)氣敏傳感器的氣敏性能圖譜；圖中，橫坐標為氣體種類，縱坐標為靈敏度值。其中，1為乙醇、2為異丙醇、3為丙酮、4為對二甲苯、5為三乙胺。

圖6為對比例1制備的氧化鉬納米材料傳感器氣敏材料部分的場發(fā)射掃描電鏡圖片。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。

實施例1

將氧化鋁陶瓷管用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲30min清洗干凈，并烘干備用。取鈦酸四丁酯8.5ml置于燒杯中，加入34ml無水乙醇和2.5ml乙二醇胺，攪拌2h后再加入5ml無水乙醇和0.5ml去離子水后繼續(xù)攪拌2h，攪拌結(jié)束后將溶液密封室溫下靜置24h，備用，取0.1305g的乙酰丙酮鉬置于燒杯中后加入35ml冰醋酸和2ml去離子水，攪拌至完全溶解后轉(zhuǎn)移至高壓反應釜中。將氧化鋁陶瓷管在氧化鈦籽晶層溶液中浸漬之后，于500℃煅燒2h；然后置于裝有前驅(qū)體溶液的高壓反應釜中，于150^oc下水熱生長24h，然后將生長過后的陶瓷管在馬弗爐中進行以2^oc/min的速率升溫至300^oc保溫1h的退火處理，然后自然冷卻至室溫；即得到原位生長于氧化鋁陶瓷管的納米片狀結(jié)構(gòu)氧化鉬。該片狀結(jié)構(gòu)氧化鉬的x射線衍射圖譜如圖1所示；從圖1可以看出，氧化鉬納米片結(jié)晶良好，無其它雜質(zhì)存在。該片狀結(jié)構(gòu)氧化鉬的掃描電鏡如圖2所示；從圖2可以看出，moo3納米片尺寸均一，分布較為均勻，納米片結(jié)晶良好，納米片長度約為500nm，寬度約為50nm，彼此相互連接形成網(wǎng)絡。

將其焊接成氣敏傳感器，所用氧化鋁陶瓷管長度為4mm，內(nèi)徑1mm，外徑1.4mm；氧化鋁陶瓷管兩端集成金電極，金電極之間相距2mm，金電極上集成四根鉑導線。

測試其氣敏性能，如圖3所示；從圖3中可以看出，在最佳工作溫度下，純相moo3納米片對三乙胺的響應可以達到50，且對三乙胺表現(xiàn)出較好的選擇性。對于氣體的測試是在空氣中進行的，所選用的五種氣體均為還原性氣體，具體為：1為乙醇、2為異丙醇、3為丙酮、4為對二甲苯、5為三乙胺。由測試的結(jié)果可以看出，純相moo3納米片對三乙胺的靈敏度值在50左右，而對其他四種氣體的靈敏度值都很小均在5左右，因此我們可以認為純相moo3納米對三乙胺具有單一選擇性。

實施例2

將氧化鋁陶瓷管用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲30min清洗干凈，并烘干備用。取鈦酸四丁酯8.5ml置于燒杯中，加入34ml無水乙醇和2.5ml乙二醇胺，攪拌2h后再加入5ml無水乙醇和0.5ml去離子水后繼續(xù)攪拌2h，攪拌結(jié)束后將溶液密封室溫下靜置24h，備用，取0.1305g的乙酰丙酮鉬置于燒杯中后加入35ml冰醋酸和2ml去離子水，攪拌至完全溶解后轉(zhuǎn)移至高壓反應釜中。將氧化鋁陶瓷管在氧化鈦籽晶層溶液中浸漬之后，于500^oc煅燒2h；然后置于裝有前驅(qū)體溶液的高壓反應釜中，于150^oc下水熱生長24h，然后將生長過后的陶瓷管在馬弗爐中進行以2^oc/min的速率升溫至300^oc保溫1h的退火處理，然后自然冷卻至室溫；即得到原位生長于氧化鋁陶瓷管的納米片狀結(jié)構(gòu)氧化鉬，該片狀結(jié)構(gòu)氧化鉬的掃描電鏡如圖2所示；氧化鉬形貌可控、納米片結(jié)晶良好、分布均勻，納米片長度約為500nm，寬度約為50nm，彼此相互連接形成網(wǎng)絡。

利用脈沖激光沉積技術(shù)（在材料的表面沉淀納米級物質(zhì)或者生長一層薄膜就會用到該技術(shù)，即脈沖激光沉積。脈沖激光沉積是利用激光轟擊所需靶材，靶材在激光轟擊下融化，融化的物質(zhì)就沉淀在需要進行沉淀物質(zhì)的材料上，通過這種方式就能得到想要的薄膜或沉淀。）在所制備的片狀結(jié)構(gòu)氧化鉬表面沉積氧化鎂材料，沉積次數(shù)為1000次，掃描電鏡如圖4，從圖4可以看出moo3納米結(jié)構(gòu)仍為片狀，分布均勻，納米片長度約為500nm，寬度約為50nm，彼此相互連接形成網(wǎng)絡。

將其焊接成氣敏傳感器，所用氧化鋁陶瓷管長度為4mm，內(nèi)徑1mm，外徑1.4mm；氧化鋁陶瓷管兩端集成金電極，金電極之間相距2mm，金電極上集成四根鉑導線。

測試其氣敏性能，如圖5所示。從圖5中可以看出，氧化鉬/氧化鎂復合元件的的氣敏性能提升，復合納米片結(jié)構(gòu)氣敏元件對三乙胺響應值達到150，且都對三乙胺表現(xiàn)出最好的選擇性。對于氣體的測試是在空氣中進行的，所選用的五種氣體均為還原性氣體，具體為：1為乙醇、2為異丙醇、3為丙酮、4為對二甲苯、5為三乙胺。由測試的結(jié)果可以看出，moo3/mgo納米片對三乙胺的靈敏度值在150左右，而對其他四種氣體的靈敏度值基本沒有變化，其值大小在5左右，因此我們可以認為復合mgo后對moo3納米片的氣敏性能有了很大的提高。

對比例1

將氧化鋁陶瓷管用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲30min清洗干凈，并烘干，然后置于裝有前驅(qū)體溶液（氧化鉬生長溶液）的高壓反應釜中，于150^oc下水熱生長24h，然后將生長過后的陶瓷管在馬弗爐中進行以2^oc/min的速率升溫至300^oc保溫1h的退火處理，然后自然冷卻至室溫；即得原位生長于氧化鋁陶瓷管的片狀結(jié)構(gòu)納米氧化鉬。掃描電鏡如圖6所示。

將其焊接成氣敏傳感器，所用氧化鋁陶瓷管長度為4mm，內(nèi)徑1mm，外徑1.4mm；氧化鋁陶瓷管兩端集成金電極，金電極之間相距2mm，金電極上集成四根鉑導線。

測試其氣敏性能，對于氣體的測試是在空氣中進行的，所選用的五種氣體均為還原性氣體，具體為：1為乙醇、2為異丙醇、3為丙酮、4為對二甲苯、5為三乙胺。通過測試結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，未使用籽晶層直接將陶瓷管置于溶液中得到的樣品對五種氣體均沒有氣敏響應。