鹵素制冷劑檢測傳感器敏感材料及氣敏元件的制造方法

文檔序號：5842874閱讀：265來源：國知局

專利名稱：鹵素制冷劑檢測傳感器敏感材料及氣敏元件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬氧化物半導體氣敏元件技術領域，具體涉及一種卣素制冷劑檢測傳感器敏感材料及氣敏元件的制造方法。
背景技術：
制冷劑是壓縮式制冷機中的工作介質(zhì)。在制冷系統(tǒng)中循環(huán)流動，通過低溫下汽化吸熱，再在高溫下凝結(jié)放熱達到制冷效果。自20世紀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、汽車和家用空調(diào)器、電冰箱等行業(yè)。然而，20世紀70年代科學家發(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，并對各種生物造成危害。這一嚴峻問題引起世界各國的關注，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的新寵。因此現(xiàn)有的制冷劑傳感器已不能滿足市場的需要。

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鹵素制冷劑，具有響應速度快，靈敏度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的一種鹵素制冷劑檢測傳感器敏感材料，
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 Sn02(JCPDS 41-1445)，通過Scherrer公式計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，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量子點浸漬摻雜介孔Si02;即通過介孔Si02負載Pd量子點制得。
一種鹵素制冷劑檢測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，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，制得氣敏元件;最后按厚膜半導體氣敏元件制作工藝對氣敏元件進行焊接、老化、封裝、制得制冷劑檢測傳感器氣敏元件。
制得的制冷劑檢測傳感器氣敏元件主要技術指標如下
1. 檢測范圍氣體濃度10ppm-2000ppm;
2. 檢測氣體R134a
3. 負載電阻:10K;
4. 元件工作溫度250-350°C;
5. 元件功耗300-350mW;
6. 檢測靈敏度(Ra/Rg): 100ppmR134a靈敏度為2.5;
7. 元件響應時間小于3s;
8. 元件恢復時間小于5s;
9. 使用壽命大于1000h.
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點
1. 所制備的Sn02納米材料為四方晶系結(jié)構Sn02 (JCPDS41-1445)，通過 Scherrer公式計算得粒子平均尺寸為5.2nm;
2. 制備工藝簡單，不使用有機溶劑，成本低，不會對環(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負載介孔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制冷劑的靈敏度；
4. 采用厚膜工藝制備制冷劑檢測傳感器元件，大大降低了元件的能耗與體積。同時使產(chǎn)品的一致性大大提高，器件實現(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鹵素制冷劑具有響應速度快，靈敏度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

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100ppm R134a的響應恢復曲線。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明，但不限于此。
實施例1:
制冷劑檢測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小時得到白色顆粒。將顆粒研磨細化后，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量子點浸漬摻雜介孔Si02。
貴金屬Pd量子點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。
將制備的Pd量子點按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，制得氣敏元件。最后按厚膜半導體氣敏元件制作工藝對氣敏元件進行焊接、老化、封裝、制得制冷劑檢測傳感器敏感元件。
所得產(chǎn)物物相通過X-射線衍射進行表征參見圖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 氣敏元件測試系統(tǒng)上進行氣敏性能測試。參見圖3:元件對100ppmRma響應恢復很快，且靈敏度較高。
實施例2:本實施例與實施例1基本相同，所不同的是b步驟中Pd量子點
摻雜比例為0.3%。
權利要求
1.一種鹵素制冷劑檢測傳感器敏感材料，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SnO2(JCPDS41-1445)，通過Scherrer公式計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，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量子點浸漬摻雜介孔SiO2；即通過介孔SiO2負載Pd量子點制得。
2、根據(jù)權利要求1所述的鹵素制冷劑檢測傳感器敏感材料，其特征在于外層增敏材料通過介孔Si02負載Pd量子點制得。
3、根據(jù)權利要求1所述的鹵素制冷劑檢測傳感器敏感材料，其特征在于外層增敏材料的制備采用貴金屬量子點進行摻雜，Pd量子點的摻雜比例為0.1%-0,5%。
4、根據(jù)權利要求1所述的鹵素制冷劑檢測傳感器敏感材料，其特征在于.-外層增敏材料的制備采用貴金屬量子點進行摻雜，Pd量子點的摻雜比例為 0.3%。
5、一種卣素制冷劑檢測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，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，制得氣敏元件；最后按厚膜半導體氣敏元件制作工藝對氣敏元件進行焊接、老化、封裝、制得制冷劑檢測傳感器氣敏元件。
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SnO2納米材料；外層材料為負載有Pd量子點的介孔SiO2。首先將SnO2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，元件表面均勻涂敷負載有0.1％-1％Pd量子點的介孔SiO2增敏材料，再次經(jīng)過500℃退火處理2小時，制得氣敏元件。最后按厚膜半導體氣敏元件制作工藝對氣敏元件進行焊接、老化、封裝、制得制冷劑R134a檢測傳感器元件。本發(fā)明制得的氣敏元件在鹵素制冷劑檢測中具有靈敏度高，穩(wěn)定性好、響應恢復時間短的優(yōu)點，可用于鹵素制冷劑的檢漏或檢測領域。
文檔編號G01N27/407GK101368930SQ20081019580
公開日2009年2月18日申請日期2008年9月2日優(yōu)先權日2008年9月2日
發(fā)明者源張, 徐甲強, 丁王, 許鵬程申請人:徐州市精英電器技術有限公司

完整全部詳細技術資料下載