本發(fā)明屬于氣敏傳感材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及了穩(wěn)定性和敏感性優(yōu)于其他材料的一種對酒精具有高響應(yīng)靈敏度的金屬氧化物氣敏材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著科技技術(shù)的進(jìn)步與生活水平的提高，環(huán)境污染問題得到了人們更多地關(guān)注，許多有害氣體的排放給環(huán)境帶來巨大的壓力，如何快速準(zhǔn)確檢測有毒或易燃?xì)怏w問題亟待解決，而如何制備高效穩(wěn)定的氣敏傳感材料逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

研究表明當(dāng)bac濃度為015mg?ml^-1（約合10ppm）及以上時，駕車技能受損和明顯損害駕駛員的分散注意能力酒后駕車者在面臨分散注意力任務(wù)時如突然看到一個騎自行車的人出現(xiàn)在他面前，前面的汽車突然緊急剎車或一個小孩跑向馬路，這時可能由于反應(yīng)不恰當(dāng)或反應(yīng)慢發(fā)生車禍，出現(xiàn)這種狀況的機(jī)率比非酒后駕車者要高。因此制備出能夠檢測較低濃度的酒精氣體的材料就顯得尤為重要。但傳統(tǒng)的技術(shù)，如氣體色譜法和質(zhì)譜法通常較昂貴以及不能實時測量，而本發(fā)明提供的材料可以有效檢測較低濃度（10ppm）的酒精，并展現(xiàn)出比較好的重復(fù)性。亦能較快檢測，響應(yīng)時間為81s。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明所述的金屬氧化物氣敏傳感材料是利用mofs材料元素可調(diào)性，經(jīng)高溫煅燒制備而成，提供了一種對酒精具有高響應(yīng)靈敏度的金屬氧化物氣敏材料及其制備方法。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：一種對酒精具有高響應(yīng)靈敏度的金屬氧化物氣敏材料，該氣敏材料為單一晶相的納米半導(dǎo)體α-fe2o3金屬氧化物，該金屬氧化物平均徑為2~5μm，衍射峰為(012)、(104）、(110)、(006)、(113）、(202)、(024)、(116)、(211)、(018)、(214)、(300)、(125)、(208)、(119)、(220)。所述金屬氧化物是化合價為正三價的金屬氧化物。

制作所述材料的方法，所述方法包括以下步驟：

（1）六水合三氯化鐵和對苯二甲酸溶解在n’n-二甲基甲酰胺溶液中，在室溫下攪拌，使反應(yīng)物均勻混合；

（2）將步驟（1）得到的混合溶液置于反應(yīng)釜中，放于110℃的恒溫干燥箱中反應(yīng)20h，自然冷卻至室溫，最后得到沉淀物；

（3）所述步驟（2）得到的沉淀物用無水乙醇洗滌三次，洗滌后的產(chǎn)物用無水乙醇浸泡，每隔8~12h更換無水乙醇溶液，浸泡結(jié)束后置于70℃的恒溫干燥箱中干燥30min，然后再放入150℃真空干燥箱中干燥8h，自然冷卻至室溫，最后得到棕色粉晶，即前驅(qū)體mil-101(fe)材料；

（4）將步驟（3）制得的前軀體mil-101(fe)材料置于坩堝中，于馬弗爐中煅燒，馬弗爐升溫至400℃，升溫速率為3-8℃/min，并保溫1-5h，自然冷卻至室溫，最后得到紅棕色產(chǎn)物，該產(chǎn)物即為檢測酒精的氣敏材料，三氧化二鐵氣敏材料。

所述步驟（1）六水合三氯化鐵和對苯二甲酸溶解在n’n-二甲基甲酰胺溶液中，其中六水合三氯化鐵和對苯二甲酸的質(zhì)量比為3:1，n’n-二甲基甲酰胺溶液過量。浸泡的目的在于使配體對苯二甲酸、六水合氯化鐵反應(yīng)充分，溶液選擇及比例是為了讓原料充分反應(yīng)，有利于提高結(jié)晶度。

所述步驟（3）洗滌后的產(chǎn)物用無水乙醇浸泡的固液質(zhì)量比為1：15~30，浸泡總時間為2.5~4天。乙醇浸泡的目的在于使乙醇分子盡可能置換出mil-101(fe)孔道內(nèi)的未反應(yīng)完的dmf分子。

所述步驟（4）馬弗爐升溫速率為4℃/min，保溫時間為3h。

馬弗爐升溫反應(yīng)作用在與實現(xiàn)mil-101(fe)煅燒生成α-fe2o3，升溫速率有利mil-101(fe)完全轉(zhuǎn)化成α-fe2o3，進(jìn)而提高α-fe2o3純度和結(jié)晶度。

所述的金屬氧化物納米材料表征后制備氣敏器件具體方法如下：

將等量的金屬三氧化二鐵材料分散于等量的無水乙醇溶液中超聲，使金屬三氧化二鐵與無水乙醇溶液均勻混合，再將其均勻地涂銀-鈀電極片上。置于100℃恒溫干燥箱中老化24h后進(jìn)行氣敏測試。

本發(fā)明有益效果如下：

1、該材料可在環(huán)境濕度為53%的條件進(jìn)行工作，實現(xiàn)同時提高氣敏材料的靈敏度和降低氣敏材料對濕度的敏感性。

2、所述的金屬氧化物氣敏性能的測定：將所得復(fù)合金屬氧化物制成氣敏元件，操作溫度范圍為200～290℃，環(huán)境濕度范圍為10%～53%，可用于檢測酒精，檢測范圍分別為100～500ppm。

3、合成方法較傳統(tǒng)的固相合成法更為簡單，合成溫度相對較低，同時將也達(dá)了其他方法制備材料時的納米尺寸。

4、金屬氧化物制備的氣敏元件的穩(wěn)定性和靈敏度優(yōu)于一般的氣敏mofs材料和金屬氧化物材料。

附圖說明

圖1：合成的mil-101(fe)樣品x射線衍射圖與模擬x射線衍射圖對比圖。

圖2：合成的α-fe2o3的x射線衍射圖與標(biāo)準(zhǔn)卡片對比圖。

圖3：合成的α-fe2o3熱穩(wěn)定性分析曲線圖。

圖4：合成的mil-101(fe)掃描電鏡圖。

圖5：合成的α-fe2o3的掃描電鏡圖。

圖6：合成的α-fe2o3制作的氣敏元件在不同工作溫度時檢測不同蒸汽靈敏度曲線圖。

圖7：合成的α-fe2o3制作的氣敏元件在245℃工作溫度時檢測酒精蒸汽靈敏度曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實施例表述的范圍。

實施例1(前驅(qū)體mil-101(fe)的制備)

1）取67mg的六水合三氯化鐵，20mg的對苯二甲酸溶解于由15mldmf(n’n-二甲基甲酰胺)溶液中，形成混合液體a。

2）將上述混合液體a置于25ml的反應(yīng)釜中，置于110℃的恒溫干燥箱中反應(yīng)20h，自然冷卻至室溫，最后得到棕色沉淀，用無水乙醇洗滌三次，得到混合液體產(chǎn)物b。

3）用無水乙醇將產(chǎn)物b洗滌三次，洗滌后的產(chǎn)物用無水乙醇浸泡，每隔8~12h更換無水乙醇溶液，浸泡時間為4天，浸泡結(jié)束后置于70℃恒溫干燥箱中干燥30min，然后轉(zhuǎn)入150℃真空干燥箱中干燥8h，自然冷卻至室溫，最后得到棕色粉晶，即活化的mil-101(fe)樣品，mil-101(fe)樣品x射線衍射圖與模擬x射線衍射圖對比圖見圖1。由圖1可知，制備得到的樣品的粉末衍射峰與模擬的mil-101(fe)衍射峰高度吻合，所得樣品即為純度較高的mil-101(fe)。

實施例2(金屬氧化物氣敏材料的制備)

1）將制得的前軀體mil-101(fe)材料制備金屬氧化物，升溫速率為4℃/min，煅燒溫度400℃，煅燒時間3h，得到α-fe2o3樣品。

2）α-fe2o3樣品經(jīng)過xrd分析，結(jié)構(gòu)見圖2，由圖2可知所有的衍射峰(012)、(104）、(110)、(006)、(113）、(202)、(024)、(116)、(211)、(018)、(214)、(300)、(125)、(208)、(119)、(220)都可以被認(rèn)為是歸屬于單斜晶系相的α-fe2o3，其高度對稱性的特征衍射峰出現(xiàn)，說明制備了結(jié)晶度較好、結(jié)構(gòu)規(guī)整、單一晶相的α-fe2o3樣品。

3）α-fe2o3樣品掃描電鏡(sem)，見圖3、4，有圖3、4可看出表面均勻平整且尺寸均勻的α-fe2o3。將金屬氧化物α-fe2o3制成氣敏元件，操作溫度為245℃，環(huán)境濕度為53%，用于檢測濃度為200ppm的酒精蒸汽時，結(jié)果見圖5、6，由圖5、6可知，其靈敏度為80，并且表現(xiàn)出較好的重復(fù)性。

上述的實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對于本發(fā)明的限制，本申請中的實施例及實施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。