本發(fā)明屬于一維半導(dǎo)體金屬氧化物材料的氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電極表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

二氧化氮(no2)是一種有毒有害氣體，主要來自于燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)過程、城市汽車尾氣等。no2氣體會導(dǎo)致酸雨和光化學(xué)煙霧的形成，過量時會危害人類健康、導(dǎo)致地表植被破壞。因此對no2氣體進(jìn)行有效和實(shí)時監(jiān)測，不僅可以有效地避免潛在安全事故的發(fā)生，同時還為后續(xù)的no2氣體處理提供了可靠的前期保障。

近年來，基于不同氣敏材料和傳導(dǎo)平臺的氣體傳感器得到了飛速發(fā)展。常見的氣敏材料包括：半導(dǎo)體金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物、高分子及其復(fù)合物、金屬氧化物/高分子復(fù)合材料、以及其他新型材料等。這些氣敏材料可以應(yīng)用到不同的傳輸單元，如化學(xué)電阻式、表面聲波式(saw)、石英晶體微天平式(qcm)、光學(xué)傳導(dǎo)式、場效應(yīng)晶體管式等。在這些氣體傳感器中，基于半導(dǎo)體金屬氧化物材料的化學(xué)電阻式氣體傳感器由于具有低生產(chǎn)成本、高靈敏度、快響應(yīng)/恢復(fù)速度、使用簡便等特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。目前市售的no2傳感器采用的大多是sno2、zno或wo3基的納米薄膜、納米顆粒以及微米球結(jié)構(gòu)作為氣敏材料。相對于一維納米材料，基于上述微觀結(jié)構(gòu)的氣敏材料結(jié)構(gòu)具有比表面積小、表面活性低等不足，從而導(dǎo)致靈敏度較低和響應(yīng)/恢復(fù)時間較長。因此，研究人員將更多關(guān)注放在納米管、納米線、納米棒等一維納米材料及由其組成的一維材料陣列的合成及其應(yīng)用上，而具有納米線陣列的氣敏材料，由于具有結(jié)構(gòu)單一、比表面積和表面活性高等特點(diǎn)，使它成為最有發(fā)展前景的氣敏材料之一。

zno是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下其禁帶寬度為3.37ev?；趜no納米線陣列的氣體傳感器對no2氣體有著優(yōu)良的氣敏性能。目前制備zno納米線陣列的方法有：基于氣-液-固(vls)機(jī)制的催化反應(yīng)生長法、模板法、化學(xué)氣相沉積法、金屬有機(jī)氣相外延生長法、濕化學(xué)法以及化學(xué)溶液法等。這些方法通常是先在基板上合成zno納米線陣列，隨后在氣敏元件制備時將基板上的zno納米線陣列產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到電極表面上，最后再進(jìn)行相應(yīng)的氣敏特性檢測。然而，該制備流程工藝不僅導(dǎo)致zno納米線陣列產(chǎn)物的原始形貌發(fā)生破壞，而且也不能準(zhǔn)確地反映zno納米線陣列產(chǎn)物的原始?xì)饷粜阅堋?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對目前制備zno納米線陣列復(fù)雜的工藝及其在氣敏特性方面存在的不足，本發(fā)明提供一種基于電極表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器及其制備方法，目的是通過熱分解法預(yù)先在電極表面形成zno種子層，再采用水熱法在電極表面制備出具有結(jié)晶好、長徑比高的zno納米線陣列，最后經(jīng)熱處理及老化處理后直接將其組裝成靈敏度高、可逆性好、響應(yīng)/恢復(fù)迅速、選擇性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)的no2傳感器，以克服現(xiàn)有no2傳感器存在的制備工藝復(fù)雜、響應(yīng)/恢復(fù)較慢等不足。本發(fā)明制備所得no2傳感器，具有制備流程簡化、生產(chǎn)成本降低、適用于工業(yè)批量化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

一種基于電極表面原位生長納米zno的no2傳感器，所述傳感器是通過在電極元件上原位生長zno納米線陣列所得，其中，

所述zno納米線直徑為80～100nm，長度為600nm～1μm，zno納米線的晶體結(jié)構(gòu)為六方相纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)。

上述技術(shù)方案中，所述zno納米線陣列為no2氣體氣敏材料。

上述技術(shù)方案中，所得zno納米線形貌規(guī)則、表面光滑。

本發(fā)明所述no2傳感器中所述電極元件材料可為陶瓷或金；形狀可為叉指、梳狀、平面、管狀等，如陶瓷管電極元件、平面金電極元件或叉指金電極元件。

上述技術(shù)方案中，所述zno納米線陣列均勻地分布生長在電極元件表面。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述no2傳感器按下述方法制備所得：

(1)將電極元件浸入濃度為0.001～0.01m的二水合醋酸鋅的乙醇溶液中，浸漬5～20s后，于40～80℃溫度下干燥10～30min；將此浸漬—干燥過程重復(fù)2～5次；

(2)將電極元件放置于管式電爐中，以10℃/min的加熱速率升溫至300～400℃并在空氣中熱處理10～40min，自然冷卻至室溫；

(3)將相同濃度的六水合硝酸鋅水溶液和六次甲基四胺水溶液按體積比為1:1混合，室溫下攪拌均勻，得混合溶液，其中，六水合硝酸鋅水溶液和六次甲基四胺水溶液的濃度為0.01～0.1m；

(4)將混合溶液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)膽中，隨后將步驟(2)處理后所得的電極元件浸入該混合溶液中，密閉封裝后將反應(yīng)釜放置在干燥箱中，于80℃溫度下反應(yīng)12h；待反應(yīng)結(jié)束并自然冷卻至室溫后，取出電極元件，水洗，再將電極元件轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于60℃溫度下干燥30min；

(5)將干燥后的電極元件放置在管式電爐中，以10℃/min的加熱速率升溫至350～450℃并在空氣中熱處理2～8h；待電極元件自然冷卻至室溫后，將其焊接到氣敏測試系統(tǒng)的基座上并置于老化臺上于350～450℃溫度下老化6～24h，既得。

本發(fā)明的另一目的是提供上述no2傳感器的制備方法，所述方法包括下述工藝步驟：

(1)將電極元件浸入濃度為0.001～0.01m的二水合醋酸鋅的乙醇溶液中，浸漬5～20s后，于40～80℃溫度下干燥10～30min；將此浸漬—干燥過程重復(fù)2～5次；

(2)將電極元件放置于管式電爐中，以10℃/min的加熱速率升溫至300～400℃并在空氣中熱處理10～40min，自然冷卻至室溫；

(3)將相同濃度的六水合硝酸鋅水溶液和六次甲基四胺水溶液按體積比為1:1混合，室溫下攪拌均勻，得混合溶液，其中，六水合硝酸鋅水溶液和六次甲基四胺水溶液的濃度為0.01～0.1m；

(4)將混合溶液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)膽中，隨后將步驟(2)處理后所得的電極元件浸入該混合溶液中，密閉封裝后將反應(yīng)釜放置在干燥箱中，于80℃溫度下反應(yīng)12h；待反應(yīng)結(jié)束并自然冷卻至室溫后，取出電極元件，水洗，再將電極元件轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于60℃溫度下干燥30min；

(5)將干燥后的電極元件放置在管式電爐中，以10℃/min的加熱速率升溫至350～450℃并在空氣中熱處理2～8h；待電極元件自然冷卻至室溫后，將其焊接到氣敏測試系統(tǒng)的基座上并置于老化臺上于350～450℃溫度下老化6～24h，既得。

上述技術(shù)方案中，步驟(1)中，所述干燥可于干燥箱中進(jìn)行；所述電極元件在浸入二水合醋酸鋅(zn(ch3coo)2·2h2o)的乙醇溶液中前優(yōu)選先進(jìn)行水洗、乙醇洗和干燥。

上述技術(shù)方案中，步驟(5)中，所述氣敏測試系統(tǒng)和老化臺上均可商業(yè)購得。

上述技術(shù)方案中，步驟(1)和(2)處理后得電極元件表面附有一層zno晶種層的電極元件。

上述技術(shù)方案中，步驟(3)中，優(yōu)選將相同濃度的六水合硝酸鋅水溶液和六次甲基四胺水溶液按體積比為1:1混合，室溫下磁力攪拌3min，得混合溶液，其中，六水合硝酸鋅水溶液的濃度為0.01～0.1m，六次甲基四胺水溶液的濃度為0.01～0.1m。

上述技術(shù)方案中，步驟(3)和(4)中，優(yōu)選各配置25ml濃度為0.01～0.1m的六水合硝酸鋅水溶液和六次甲基四胺水溶液，并將兩者混合均勻得混合溶液；將混合溶液置于200ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)膽中，隨后將步驟(2)處理后所得的電極元件浸入該混合溶液中，密閉封裝后將反應(yīng)釜放置在干燥箱中，于80℃溫度下反應(yīng)12h；待反應(yīng)結(jié)束并自然冷卻至室溫后，取出電極元件，水洗，再將電極元件轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于60℃溫度下干燥30min；

本發(fā)明所述的基于電極表面原位生長zno納米線陣列氣敏材料的氣體傳感器元件的熱處理及老化處理，目的是為了保持氣敏材料的結(jié)構(gòu)和氣體傳感器性能的穩(wěn)定。

與現(xiàn)有制備技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是：

本發(fā)明提供了一種基于電極表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器及其制備方法。從制備方法上來看，本發(fā)明首先通過熱分解法在電極表面制備種子層，隨后采用水熱法在電極表面制備出具有結(jié)晶好、長徑比高、表面活性強(qiáng)的zno納米線陣列，最后經(jīng)熱處理及老化處理后制備成氣體傳感器。本發(fā)明方法制備簡單，操作方便，整個流程易于實(shí)現(xiàn)，有效地解決了傳統(tǒng)氣體傳感器制備工藝復(fù)雜的問題，且有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。通過該方法制備的氣體傳感器在工作溫度250℃時獲得對no2氣體的最大靈敏度，響應(yīng)和恢復(fù)時間短，可逆性和選擇性好，是具有良好發(fā)展前景的no2傳感器。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1～3中的基于陶瓷管電極元件表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器元件結(jié)構(gòu)示意圖；其中：1：陶瓷管；2：金電極；3：鉑金引線；4：氣敏材料層；

圖2為實(shí)施例1中的zno納米線陣列的x射線衍射圖譜；

圖3為實(shí)施例1中(a)電極元件和(b)zno納米線陣列的掃描電子顯微鏡照片；

圖4為實(shí)施例1中的單根zno納米線的透射電子顯微鏡照片；

圖5為實(shí)施例1中的氣體傳感器在工作溫度250℃時對不同濃度no2氣體的動態(tài)響應(yīng)曲線圖；

圖6為實(shí)施例1中的氣體傳感器在工作溫度250℃時靈敏度與no2氣體濃度之間的關(guān)系圖；

圖7為實(shí)施例1中的氣體傳感器在工作溫度250℃時對不同濃度被檢測氣體的靈敏度；

圖8為實(shí)施例4中的基于平面金電極表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器元件結(jié)構(gòu)示意圖；其中：5：鉑金引線；6：陶瓷基板；7：氣敏材料層；8：金電極；9：加熱電阻；

圖9為實(shí)施例5中的基于叉指金電極表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器元件結(jié)構(gòu)示意圖；其中：10：陶瓷基板；11：加熱電阻；12：氣敏材料層；13：叉指金電極；14：鉑金引線。

具體實(shí)施方式

下述非限制性實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。

下述實(shí)施例中所述試驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑、材料及設(shè)備，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。

下述實(shí)施例中所述氣敏測試系統(tǒng)為煒盛科技ws-30a型氣敏測試系統(tǒng)；所述老化臺為煒盛科技ts-60型老化臺。

實(shí)施例1

基于陶瓷管電極元件表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器元件，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，由陶瓷管、金電極、鉑金引線和氣敏材料層組成。金電極覆在陶瓷管表面，鉑金引線焊接在金電極表面，氣敏材料生長在整個陶瓷管和金電極表面。所述的氣敏材料成分為zno納米線陣列，其均勻地分布生長在電極元件表面，zno納米線形貌規(guī)則、表面光滑，且具有單一的六方相纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，直徑為80～100nm，長度為600nm～1μm，長徑比高。

一種基于陶瓷電極表面原位生長zno納米線陣列氣敏材料的no2傳感器及其制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)首先將電極元件分別用去離子水和無水乙醇清洗3次，并用熱風(fēng)吹干；

(2)配制0.005m的二水合醋酸鋅(zn(ch3coo)2·2h2o)的乙醇溶液20ml；

(3)將步驟(1)中的電極元件浸入步驟(2)中的zn(ch3coo)2·2h2o的乙醇溶液，浸漬10s后，取出電極元件并將其轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于60℃溫度下干燥15min，將此浸漬—干燥過程重復(fù)3次；

(4)將步驟(3)中的電極元件放置在管式電爐中，以10℃/min的升溫速率升溫至350℃并在空氣中熱處理20min，隨后關(guān)閉管式電爐電源，讓其自然冷卻至室溫，得表面含有zno種子層的電極元件；

(5)配制0.05m的六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)和0.05m的六次甲基四胺(hmta)水溶液各25ml；隨后，將兩種溶液混合，室溫下磁力攪拌3min；

(6)將(5)中配置的混合溶液轉(zhuǎn)移至200ml的聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)膽中，隨后將(4)中的含zno種子層的電極元件浸入該混合溶液中，密閉封裝后將反應(yīng)釜放置在干燥箱中，于80℃溫度下反應(yīng)12h；待反應(yīng)結(jié)束并自然冷卻至室溫后，取出電極元件，用去離子水清洗3次，再將電極元件轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于60℃溫度下干燥30min；

(7)將干燥后的電極元件放置在管式電爐中，以10℃/min的升溫速率升溫至400℃并在空氣中熱處理4h；待電極元件自然冷卻至室溫后，將加熱絲穿過電極元件的陶瓷管，焊接加熱絲和鉑金引線到氣敏測試系統(tǒng)的元件基座上，并置于老化臺上于400℃溫度下老化12h，最終獲得基于陶瓷管電極元件表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器。

基于陶瓷管電極元件表面原位生長zno納米線的x射線衍射圖譜如圖2所示。結(jié)果表明，在電極表面所生成的產(chǎn)物為單一的六方相纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，且無任何其他雜質(zhì)的衍射峰，表明結(jié)晶狀況優(yōu)良。電極元件和在其表面原位生長的zno納米線陣列的掃描電子顯微鏡照片分別如圖3(a)和圖3(b)所示。從圖3(a)中可以清楚的看出該電極元件由陶瓷管、金電極、鉑金引線和氣敏材料層組成。從圖3(b)中可知，zno納米線均勻規(guī)則的呈陣列狀分布在電極元件的表面，納米線直徑為80～100nm，長度為600nm～1μm，長徑比高。單根zno納米線的透射電子顯微鏡照片如圖4所示，從圖中可以看出zno納米線表面光滑規(guī)則，直徑和長度分別約為80nm和1μm，與掃描電子顯微鏡圖片的結(jié)果相符。

基于zno納米線陣列的氣體傳感器在工作溫度250℃時對不同濃度no2氣體的動態(tài)響應(yīng)曲線如圖5所示。從圖5中可以看出，該氣體傳感器在工作溫度250℃時對no2氣體具有較快的響應(yīng)/恢復(fù)時間，在連續(xù)通入1～30ppm不同濃度no2氣體的反應(yīng)周期里，該氣體傳感器均具有良好的響應(yīng)可逆性，而且電阻變化隨著no2氣體濃度的增加呈現(xiàn)遞增的趨勢，表明靈敏度隨著no2氣體濃度的增加而增加，其相對應(yīng)的靈敏度與no2氣體濃度之間的關(guān)系如圖6所示。

基于zno納米線陣列的氣體傳感器在工作溫度250℃時對不同濃度被檢測氣體的靈敏度如圖7所示，其中的被檢測氣體為1000ppm的二氧化硫(so2)、氫氣(h2)、氨氣(nh3)和500ppm的甲醛(hcho)、甲醇(ch3oh)、二甲苯(c8h10)，以及5ppm的no2氣體。從圖中可以看出，基于zno納米線陣列的氣體傳感器對no2氣體的靈敏度最高，選擇性最好，表明在復(fù)雜氣體環(huán)境下對no2氣體具有良好的鑒別效果以及實(shí)際應(yīng)用優(yōu)勢。

實(shí)施例2

基于陶瓷管電極元件表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器元件，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，由陶瓷管、金電極、鉑金引線和氣敏材料層組成。金電極覆在陶瓷管表面，鉑金引線焊接在金電極表面，氣敏材料生長在整個陶瓷管和金電極表面。所述的氣敏材料成分為zno納米線陣列，其均勻地分布生長在電極元件的表面，zno納米線形貌規(guī)則、表面光滑，且具有單一的六方相纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，直徑為80～100nm，長度為600nm～1μm，長徑比高。

一種基于陶瓷管電極元件表面原位生長zno納米線陣列氣敏材料的no2傳感器及其制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)首先將電極元件分別用去離子水和無水乙醇清洗3次，并用熱風(fēng)吹干；

(2)配制0.001m的二水合醋酸鋅(zn(ch3coo)2·2h2o)的乙醇溶液20ml；

(3)將步驟(1)中的電極元件浸入步驟(2)中的zn(ch3coo)2·2h2o的乙醇溶液，浸漬20s后，取出電極元件并將其轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于40℃溫度下干燥30min，將此浸漬—干燥過程重復(fù)5次；

(4)將步驟(3)中的電極元件放置在管式電爐中，以10℃/min的加熱速率升溫至300℃并在空氣中熱處理40min，隨后關(guān)閉管式電爐電源，讓其自然冷卻至室溫，得表面含有zno種子層的電極元件；

(5)配制0.01m的六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)和0.01m的六次甲基四胺(hmta)水溶液各25ml；隨后，將該兩種溶液混合，室溫下磁力攪拌3min；

(6)將(5)中配置的混合溶液轉(zhuǎn)移至200ml的聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)膽中，隨后將(4)中的含zno種子層的電極元件浸入該混合溶液中，密閉封裝后將反應(yīng)釜放置在干燥箱中，于80℃溫度下反應(yīng)12h；待反應(yīng)結(jié)束并自然冷卻至室溫后，取出電極元件，用去離子水清洗3次，再將電極元件轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于60℃溫度下干燥30min；

(7)將干燥后的電極元件放置在管式電爐中，以10℃/min的加熱速度升溫至350℃并在空氣中熱處理8h；待電極元件自然冷卻至室溫后，將加熱絲穿過電極元件的陶瓷管，焊接加熱絲和鉑金引線到氣敏測試系統(tǒng)的元件基座上，并置于老化臺上于350℃溫度下老化6h，最終獲得基于陶瓷管電極元件表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器。

經(jīng)檢測，本實(shí)施例制備的基于zno納米線陣列的no2傳感器在工作溫度100～350℃條件下對no2氣體具有良好的氣敏性能。

實(shí)施例3

基于陶瓷管電極元件表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器元件，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，由陶瓷管、金電極、鉑金引線和氣敏材料層組成。金電極覆在陶瓷管表面，鉑金引線焊接在金電極表面，氣敏材料生長在整個陶瓷管和金電極表面。所述的氣敏材料成分為zno納米線陣列，其均勻地分布生長在電極元件的表面，zno納米線形貌規(guī)則、表面光滑，且具有單一的六方相纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，直徑為80～100nm，長度為600nm～1μm，長徑比高。

一種基于陶瓷管電極元件表面原位生長zno納米線陣列氣敏材料的no2傳感器及其制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)首先將電極元件分別用去離子水和無水乙醇清洗3次，并用熱風(fēng)吹干；

(2)配制0.01m的二水合醋酸鋅(zn(ch3coo)2·2h2o)的乙醇溶液20ml；

(3)將步驟(1)中的電極元件浸入步驟(2)中的zn(ch3coo)2·2h2o的乙醇溶液，浸漬5s后，取出電極元件并將其轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于80℃溫度下干燥10min，將此浸漬—干燥過程重復(fù)2次；

(4)將步驟(3)中的電極元件放置在管式電爐中，以10℃/min的加熱速率升溫至400℃并在空氣中熱處理10min，隨后關(guān)閉管式電爐電源，讓其自然冷卻至室溫，得表面含有zno種子層的電極元件；

(5)配制0.1m的六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)和0.1m六次甲基四胺(hmta)水溶液各25ml；隨后，將該兩種溶液混合，室溫下磁力攪拌3min；

(6)將(5)中配置的混合溶液轉(zhuǎn)移至200ml的聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)膽中，隨后將(4)中的含zno種子層的電極元件浸入該混合溶液中，密閉封裝后將反應(yīng)釜放置在干燥箱中，于80℃溫度下反應(yīng)12h；待反應(yīng)結(jié)束并自然冷卻至室溫后，取出電極元件，用去離子水清洗3次，再將電極元件轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于60℃溫度下干燥30min；

(7)將干燥后的電極元件放置在管式電爐中，以10℃/min的加熱速率升溫至450℃并在空氣中熱處理2h；待電極元件自然冷卻至室溫后，將加熱絲穿過電極元件的陶瓷管，焊接加熱絲和鉑金引線于氣敏測試系統(tǒng)的元件基座上，并置于老化臺上于450℃溫度下老化24h，最終獲得基于陶瓷管電極元件表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器。

經(jīng)檢測，本實(shí)施例制備的基于zno納米線陣列的no2傳感器在100～350℃條件下對no2氣體具有良好的氣敏性能。

實(shí)施例4

基于平面金電極表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器元件，其電極元件正面結(jié)構(gòu)示意圖如圖8(a)所示，由陶瓷基板、金電極、鉑金引線和氣敏材料層組成，金電極覆在陶瓷基板表面，鉑金引線焊接在金電極上面，氣敏材料生長在整個陶瓷基板和金電極表面。電極元件背面(如圖8(b)所示)由加熱電阻和鉑金引線組成。所述的氣敏材料成分為zno納米線陣列，其均勻地分布生長在電極元件的正面，zno納米線形貌規(guī)則、表面光滑，且具有單一的六方相纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，直徑為80～100nm，長度為600nm～1μm，長徑比高。

一種基于平面金電極表面原位生長zno納米線陣列氣敏材料的no2傳感器及其制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)首先將電極元件分別用去離子水和無水乙醇清洗3次，并用熱風(fēng)吹干；

(2)配制0.005m的二水合醋酸鋅(zn(ch3coo)2·2h2o)的乙醇溶液20ml；

(3)將步驟(1)中的電極元件浸入步驟(2)中的zn(ch3coo)2·2h2o的乙醇溶液，浸漬10s后，取出電極元件并將其轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于60℃溫度下干燥15min，將此浸漬—干燥過程重復(fù)3次；

(4)將步驟(3)中的電極元件放置在管式電爐中，以10℃/min的加熱速率升溫至350℃并在空氣中熱處理20min，隨后關(guān)閉管式電爐電源，讓其自然冷卻至室溫，得表面含有zno種子層的電極元件；

(5)配制0.05m的六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)和0.05m的六次甲基四胺(hmta)水溶液各25ml；隨后，將兩種溶液混合，室溫下磁力攪拌3min；

(6)將(5)中配置的混合溶液移入200ml的聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)膽中，隨后將(4)中的含zno種子層的電極元件浸入該混合溶液中，密閉封裝后將反應(yīng)釜放置在干燥箱中，于80℃溫度下反應(yīng)12h；待反應(yīng)結(jié)束并自然冷卻至室溫后，取出電極元件，用去離子水清洗3次，再將電極元件轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于60℃溫度下干燥30min；

(7)將干燥后的電極元件放置在管式電爐中，以10℃/min的加熱速率升溫至400℃并在空氣中熱處理4h；待電極元件自然冷卻至室溫后，將電極元件焊接到氣敏測試系統(tǒng)的元件基座上，并置于老化臺上于400℃溫度下老化12h，最終獲得基于平面金電極表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器。

經(jīng)檢測，本實(shí)施例制備的基于zno納米線陣列的no2傳感器在100～350℃條件下對no2氣體具有良好的氣敏性能。

實(shí)施例5

基于叉指金電極表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器元件，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示，電極元件正面由陶瓷基板、叉指金電極、鉑金引線和氣敏材料層組成，其中叉指金電極覆在陶瓷基板正面，鉑金引線焊接在叉指金電極上面、加熱電阻覆在陶瓷基板背面，氣敏材料生長在陶瓷基板和叉指金電極表面。所述的氣敏材料成分為zno納米線陣列，其均勻地分布生長在電極元件的正面，zno納米線形貌規(guī)則、表面光滑，且具有單一的六方相纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，直徑為80～100nm，長度為600nm～1μm，長徑比高。

一種基于叉指金電極表面原位生長zno納米線陣列氣敏材料的no2傳感器及其制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)首先將電極元件分別用去離子水和酒精清洗3次，并用熱風(fēng)吹干；

(2)配制0.005m的二水合醋酸鋅(zn(ch3coo)2·2h2o)的乙醇溶液20ml；

(3)將步驟(1)中的電極元件浸入步驟(2)中的zn(ch3coo)2·2h2o的乙醇溶液，浸漬10s后，取出電極元件并將其轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于60℃溫度下干燥15min，將此浸漬—干燥過程重復(fù)3次；

(4)將步驟(3)中的電極元件放置在管式電爐中，以10℃/min的加熱速率升溫至350℃并在空氣中熱處理20min，隨后關(guān)閉管式電爐電源，讓其自然冷卻至室溫，得表面含有zno種子層的電極元件；

(5)配制0.05m的六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)和0.05m的六次甲基四胺(hmta)水溶液各25ml；隨后，將兩種溶液混合，室溫下磁力攪拌3min；

(6)將(5)中配置的混合溶液移入200ml的聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)膽中，隨后將(4)中的含zno種子層的電極元件浸入該混合溶液中，密閉封裝后將反應(yīng)釜放置在干燥箱中，于80℃溫度下反應(yīng)12h；待反應(yīng)結(jié)束并自然冷卻至室溫后，取出電極元件，用去離子水清洗3次，再將電極元件轉(zhuǎn)移至干燥箱中，于60℃溫度下干燥30min；

(7)將干燥后的電極元件放置在管式電爐中，以10℃/min的加熱速率升溫至400℃并在空氣中熱處理4h；待電極元件自然冷卻至室溫后，將電極元件焊接到氣敏測試系統(tǒng)的元件基座上，并置于老化臺上于400℃溫度下老化12h，最終獲得基于叉指金電極表面原位生長zno納米線陣列的no2傳感器。

經(jīng)檢測，本實(shí)施例制備的基于zno納米線陣列的no2傳感器在100～350℃條件下對no2氣體具有良好的氣敏性能。