專利名稱：鹵素制冷劑檢測(cè)傳感器敏感材料及氣敏元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏元件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種卣素制冷劑 檢測(cè)傳感器敏感材料及氣敏元件的制造方法。
背景技術(shù)：
制冷劑是壓縮式制冷機(jī)中的工作介質(zhì)。在制冷系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，通過低溫下 汽化吸熱，再在高溫下凝結(jié)放熱達(dá)到制冷效果。自20世紀(jì)30年代問世以來， 氟利昂制冷劑一直被作為最好的制冷劑,用于冷凍機(jī)、汽車和家用空調(diào)器、電冰 箱等行業(yè)。然而，20世紀(jì)70年代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這些含有氯元素的制冷劑一旦泄漏 到大氣中，將逐漸積累，并上升到平流層，破壞那里的臭氧層，使太陽光射到地 面的紫外線增多，損害人體的免疫能力，使人類的皮膚癌發(fā)病率增高，并對(duì)各種 生物造成危害。這一嚴(yán)峻問題引起世界各國(guó)的關(guān)注，氫代(如R600a CH3CH(CH3)CH3 )和全氟取代的新型鹵素制冷劑(如R134a CH2FCF3 )逐漸 成為制冷劑市場(chǎng)的新寵。因此現(xiàn)有的制冷劑傳感器已不能滿足市場(chǎng)的需要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鹵素制冷劑檢測(cè)傳感器敏感材料及氣敏元件的 制造方法。利用這種材料所制得的氣敏元件對(duì)鹵素制冷劑，具有響應(yīng)速度快，靈 敏度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種鹵素制冷劑檢測(cè)傳感器敏感材料，
包括內(nèi)層Sn02納米材料和外層增敏材料，內(nèi)層Sn02納米材料為四方晶系結(jié)構(gòu) Sn02(JCPDS 41-1445)，通過Scherrer公式計(jì)算得粒子平均尺寸為5.2nm;用下 述方法制備
內(nèi)層Sn02納米材料的制備以結(jié)晶四氯化錫SnCl4 5H20為原料，配制成 錫鹽溶液A;將氨水和去離子水混合均勻得到溶液B;將溶液B在攪拌條件下， 逐滴加入到溶液A中，控制pH=2-7，滴定速度控制在lmL/min得到白色沉淀； 將所得白色沉淀離心洗滌，烘干，在55(TC條件下煅燒2小時(shí)，制得內(nèi)層Sn02 納米材料；
所述錫鹽溶液A是將每2.3gSnCLr5H20在攪拌條件下溶解于50-l50ml去離 子水中制得；
所述溶液B中氨水和去離子水的體積比為1: 1;
外層增敏材料的制備采用0.1。/。-P/。Pd量子點(diǎn)浸漬摻雜介孔Si02;即通過 介孔Si02負(fù)載Pd量子點(diǎn)制得。
一種鹵素制冷劑檢測(cè)傳感器氣敏元件的制備方法，采用兩步法制備氣敏元
件，首先采用厚膜式半導(dǎo)體傳感器制作工藝制備Sn02氣敏元件，然后采用同樣
的工藝在外層涂敷增敏材料，具體方法是
將內(nèi)層Sn02納米材料置于研缽中，以每1克內(nèi)層Sn02納米材料加入0. 5ml 去離子水調(diào)成溶液，均勻涂敷在厚膜元件表面，經(jīng)過50(TC退火處理2小時(shí)，制 得氣敏元件，再在元件表面均勻涂敷增敏材料，再次經(jīng)過50(TC退火處理2小時(shí)， 制得氣敏元件;最后按厚膜半導(dǎo)體氣敏元件制作工藝對(duì)氣敏元件進(jìn)行焊接、老化、 封裝、制得制冷劑檢測(cè)傳感器氣敏元件。
制得的制冷劑檢測(cè)傳感器氣敏元件主要技術(shù)指標(biāo)如下
1. 檢測(cè)范圍氣體濃度10ppm-2000ppm;
2. 檢測(cè)氣體R134a
3. 負(fù)載電阻:10K;
4. 元件工作溫度250-350°C;
5. 元件功耗300-350mW;
6. 檢測(cè)靈敏度(Ra/Rg): 100ppmR134a靈敏度為2.5;
7. 元件響應(yīng)時(shí)間小于3s;
8. 元件恢復(fù)時(shí)間小于5s;
9. 使用壽命大于1000h.
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
1. 所制備的Sn02納米材料為四方晶系結(jié)構(gòu)Sn02 (JCPDS41-1445)，通過 Scherrer公式計(jì)算得粒子平均尺寸為5.2nm;
2. 制備工藝簡(jiǎn)單，不使用有機(jī)溶劑，成本低，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；
3. 傳感器氣敏元件采用兩次涂敷的方法制造，內(nèi)層為Sn02敏感層，外層為 貴金屬量子點(diǎn)負(fù)載介孔Si02形成的增敏層，通過這種工藝可以有效降低元件的 工作溫度和提高其對(duì)制冷劑的靈敏度；
4. 采用厚膜工藝制備制冷劑檢測(cè)傳感器元件，大大降低了元件的能耗與體 積。同時(shí)使產(chǎn)品的一致性大大提高，器件實(shí)現(xiàn)了小型化和低功耗。
本發(fā)明的有益效果是制得的氣敏元件具有對(duì)鹵素制冷劑具有響應(yīng)速度快， 靈敏度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
圖1為本發(fā)明方法制備的Sn02納米材料的X-射線衍射圖2為以本發(fā)明方法制備的Sn02納米材料的透射電子顯微鏡照片(TEM); 圖3為元件對(duì)100ppm R134a的響應(yīng)恢復(fù)曲線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，但不限于此。
實(shí)施例1:
制冷劑檢測(cè)傳感器氣敏元件制作步驟
a、 內(nèi)層Sn02納米材料的制備
取2.3g SnCLr5H20在攪拌條件，溶解于100ml去離子水中，制得溶液A。 將20ml氨水和20ml去離子水混合均勻得到溶液B。將溶液B在攪拌條件下， 逐滴加入到溶液A中，滴定速度控制在lmL/min可得到白色沉淀。繼續(xù)滴定至 pH-7停止滴定。沉淀離心分離，用去離子水洗滌至完全除去Cr。 5(TC真空干燥 24小時(shí)得到白色顆粒。將顆粒研磨細(xì)化后，在55(TC下煅燒2h，即得到Sn02納 米材料。
b、 外層增敏涂層的制備
采用0.1%-1% Pd量子點(diǎn)浸漬摻雜介孔Si02。
貴金屬Pd量子點(diǎn)的合成用移液管移取3-10mL的EG (乙二醇)于三頸瓶 中，在100-160。C下回流10-60分鐘，而后稱取一定量的PVP (聚乙烯吡咯烷酮) 和PdCl2 (質(zhì)量比為1: 2 1: 5)，分別溶于l-10mL的EG中，待溶解完全后， 滴加至三頸瓶中，反應(yīng)后分別用丙酮、去離子水洗滌干凈，真空干燥，即可得到 Pd量子點(diǎn)。
將制備的Pd量子點(diǎn)按0.1%-1%的摻雜量在lmL的乙醇溶液中超生分散 50min，待分散均勻后，滴加在基體材料介孔Si02上，輕微研磨均勻后，在紅外 烘箱下烘干。即得到所述的摻雜Pd量子點(diǎn)浸漬摻雜的介孔Si02。
c、 氣敏元件的制備
將內(nèi)層Sn02納米材料置于研缽中，以去離子水調(diào)成糊狀，均勻涂敷在厚膜 元件表面，經(jīng)過50(TC退火處理2小時(shí)后，再在元件表面均勻涂敷增敏材料b，
再次經(jīng)過50(TC退火處理2小時(shí)，制得氣敏元件。最后按厚膜半導(dǎo)體氣敏元件制 作工藝對(duì)氣敏元件進(jìn)行焊接、老化、封裝、制得制冷劑檢測(cè)傳感器敏感元件。
所得產(chǎn)物物相通過X-射線衍射進(jìn)行表征參見圖1:圖1中的衍射峰主要為 四方晶系Sn02(JCPDS 41-1445)。參見圖2:從材料的透射電子顯微鏡照片(TEM) 上可以看出所制備的Sn02為納米材料。氣敏性能通過靜態(tài)配氣法，在HW-30A 氣敏元件測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行氣敏性能測(cè)試。參見圖3:元件對(duì)100ppmRma響應(yīng)恢 復(fù)很快，且靈敏度較高。
實(shí)施例2:本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，所不同的是b步驟中Pd量子點(diǎn)
摻雜比例為0.3%。
權(quán)利要求
1.一種鹵素制冷劑檢測(cè)傳感器敏感材料，其特征在于包括內(nèi)層SnO2納米材料和外層增敏材料，內(nèi)層SnO2納米材料為四方晶系結(jié)構(gòu)SnO2(JCPDS41-1445)，通過Scherrer公式計(jì)算得粒子平均尺寸為5.2nm；用下述方法制備a. 內(nèi)層SnO2納米材料的制備以結(jié)晶四氯化錫SnCl4·5H2O為原料，配制成錫鹽溶液A；將氨水和去離子水混合均勻得到溶液B；將溶液B在攪拌條件下，逐滴加入到溶液A中，控制pH＝2-7，滴定速度控制在1mL/min得到白色沉淀；將所得白色沉淀離心洗滌，烘干，在550℃的條件下煅燒2小時(shí)，制得內(nèi)層SnO2納米材料；所述錫鹽溶液A是將每2.3g SnCl4·5H2O在攪拌條件下溶解于50-150ml去離子水中制得；所述溶液B中氨水和去離子水的體積比為11；b. 外層增敏材料的制備采用0.1％-1％Pd量子點(diǎn)浸漬摻雜介孔SiO2；即通過介孔SiO2負(fù)載Pd量子點(diǎn)制得。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鹵素制冷劑檢測(cè)傳感器敏感材料，其特征在于外 層增敏材料通過介孔Si02負(fù)載Pd量子點(diǎn)制得。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鹵素制冷劑檢測(cè)傳感器敏感材料，其特征在于外層增敏材料的制備采用貴金屬量子點(diǎn)進(jìn)行摻雜，Pd量子點(diǎn)的摻雜比例為0.1%-0,5%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鹵素制冷劑檢測(cè)傳感器敏感材料，其特征在于.-外層增敏材料的制備采用貴金屬量子點(diǎn)進(jìn)行摻雜，Pd量子點(diǎn)的摻雜比例為 0.3%。
5、 一種卣素制冷劑檢測(cè)傳感器氣敏元件的制備方法，其特征在于采用兩步 法制備氣敏元件，首先采用厚膜式半導(dǎo)體傳感器制作工藝制備Sn02氣敏元件， 然后采用同樣的工藝在外層涂敷增敏材料，具體方法是將內(nèi)層Sn02納米材料置于研缽中，以每l克內(nèi)層Sn02納米材料加入O. 5ml 去離子水調(diào)成溶液，均勻涂敷在厚膜元件表面；經(jīng)過500°C退火處理2小時(shí)， 制得氣敏元件半成品；再在氣敏元件半成品表面均勻涂敷增敏材料，再次經(jīng)過 50CTC退火處理2小時(shí)，制得氣敏元件；最后按厚膜半導(dǎo)體氣敏元件制作工藝 對(duì)氣敏元件進(jìn)行焊接、老化、封裝、制得制冷劑檢測(cè)傳感器氣敏元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鹵素制冷劑檢測(cè)傳感器敏感材料及其氣敏元件制備方法，敏感材料分為兩層，內(nèi)層組分為SnO<sub>2</sub>納米材料；外層材料為負(fù)載有Pd量子點(diǎn)的介孔SiO<sub>2</sub>。首先將SnO<sub>2</sub>納米粉體研磨后以適量去離子水調(diào)成糊狀，均勻涂敷在厚膜元件表面，經(jīng)過500℃退火處理2小時(shí)，元件表面均勻涂敷負(fù)載有0.1％-1％Pd量子點(diǎn)的介孔SiO<sub>2</sub>增敏材料，再次經(jīng)過500℃退火處理2小時(shí)，制得氣敏元件。最后按厚膜半導(dǎo)體氣敏元件制作工藝對(duì)氣敏元件進(jìn)行焊接、老化、封裝、制得制冷劑R<sub>134a</sub>檢測(cè)傳感器元件。本發(fā)明制得的氣敏元件在鹵素制冷劑檢測(cè)中具有靈敏度高，穩(wěn)定性好、響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，可用于鹵素制冷劑的檢漏或檢測(cè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N27/407GK101368930SQ20081019580
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者源 張, 徐甲強(qiáng), 丁 王, 許鵬程 申請(qǐng)人:徐州市精英電器技術(shù)有限公司