一種鑭摻雜的甲醛敏感材料及其制備方法和甲醛傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鑭摻雜的甲醛敏感材料及其制備方法和甲醛傳感器。該光催化甲醛敏感材料，包含鑭摻雜的氧化鋅納米顆粒，其中鑭的摩爾比為0.1％?5％。該光催化甲醛敏感材料的制備方法包括：1)將氧化鋅納米顆粒與鑭鹽混合，并用酒精溶解，得到溶液A；2)將溶液A導(dǎo)入磨罐中密封，并用球磨機(jī)進(jìn)行機(jī)械研磨，得到溶液B；3)將溶液B放入烘箱中蒸干溶劑，得到產(chǎn)物C，即為光催化甲醛敏感材料。本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化鑭在氧化鋅中的摻入量，成功地將甲醛的檢測(cè)下限降到了0.08ppm，顯著的提高了傳感器的敏感度；光催化材料的制備方法簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)，制備過(guò)程中大大減少了廢水的排放，降低了環(huán)境污染。
【專利說(shuō)明】
一種鑭摻雜的甲醛敏感材料及其制備方法和甲醛傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于甲醛氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)、甲醛傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鑭摻雜的光催化甲醛敏感材料及其制備方法和甲醛傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在中國(guó)甲醛污染仍然非常嚴(yán)重，近70%新裝修的房子都受到甲醛污染的困擾。世界衛(wèi)生組織已確認(rèn)甲醛味一級(jí)致癌物質(zhì)，我國(guó)規(guī)定:室內(nèi)甲醛含量不得超過(guò)0.08ppm。但是目前的已有的甲醛傳感器的敏感度都不盡如人意。
[0003]專利201510477075.3(錫摻雜的光催化甲醛傳感材料及其制備方法和甲醛傳感器)涉及到一種光催化甲醛傳感材料、制備方法。該傳感器是由氧化鋅納米顆粒及錫添加劑作為氣敏材料。將預(yù)先合成的氧化鋅納米顆粒均勻分散在錫鹽溶液中，通過(guò)攪拌溶液并蒸干溶劑，得到沉淀物;對(duì)沉淀物進(jìn)行高溫煅燒處理，得到產(chǎn)物即為光催化甲醛傳感材料。該傳感器操作溫度低、對(duì)甲醛的靈敏度高并且對(duì)于苯、甲苯、二甲苯、氨等室內(nèi)污染氣體具有很強(qiáng)的抗干擾能力，并且具有很短的響應(yīng)時(shí)間和回復(fù)時(shí)間的特點(diǎn)。但是能夠檢測(cè)到的甲醛濃度的下限為0.lppm，還不能達(dá)到世界衛(wèi)生組織所設(shè)定的室內(nèi)甲醛含量的下限檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)通過(guò)溶液法制備光催化甲醛敏感材料制備過(guò)程復(fù)雜，制備過(guò)程中產(chǎn)生的廢液多，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。因此探索開發(fā)靈敏度更高的、制備工藝更簡(jiǎn)單的甲醛傳感器尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種低成本、高靈敏度、高選擇性的鑭(La)摻雜的光催化甲醛敏感材料(或稱為光催化甲醛傳感材料)，以及應(yīng)用該材料的的甲醛傳感器。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種光催化甲醛敏感材料，包含鑭摻雜的氧化鋅納米顆粒。
[0007]進(jìn)一步地，所述鑭摻雜的氧化鋅納米顆粒中，鑭的摩爾比為0.1%_5%，進(jìn)一步為1%最優(yōu)。
[0008]—種制備上述光催化甲醛敏感材料的方法，其步驟包括:
[0009]I)將氧化鋅納米顆粒與鑭鹽混合，并用酒精溶解，得到溶液A;
[0010]2)將溶液A導(dǎo)入磨罐中密封，并用球磨機(jī)進(jìn)行機(jī)械研磨，得到溶液B ；
[0011 ] 3)將溶液B放入烘箱中蒸干溶劑，得到產(chǎn)物C，即為光催化甲醛敏感材料。
[0012]進(jìn)一步地，步驟I)中所述鑭鹽優(yōu)選硝酸鑭。
[0013]進(jìn)一步地，步驟2)中球磨機(jī)球磨時(shí)間為l_600min，轉(zhuǎn)速為10-1000rpm。優(yōu)選為60min、800rpm。
[0014]進(jìn)一步地，步驟3)在60-100 0C下蒸干溶劑，時(shí)間為0.1_24h。優(yōu)選為80 °C，2h。
[0015]—種采用上述光催化甲醛敏感材料制備甲醛傳感器，其包括:
[0016]a)上述甲醛敏感材料；
[0017]b)電極，其上涂敷所述光催化甲醛敏感材料；
[0018]c)紫外光源，用于提供紫外光以在檢測(cè)時(shí)對(duì)電極區(qū)域進(jìn)行照射；
[0019]d)測(cè)量電路，連接所述電極，用于檢測(cè)紫外光照射電極區(qū)域時(shí)甲醛敏感材料所產(chǎn)生的光致電導(dǎo)變化，進(jìn)而測(cè)得甲醛含量。
[0020]進(jìn)一步地，a)中材料通過(guò)派射、蒸發(fā)、噴涂等方法涂覆到電極上，優(yōu)選噴涂法。
[0021]進(jìn)一步地，b)中電極為叉指電極。
[0022]進(jìn)一步地，C)中紫外光源的波長(zhǎng)為350-400nm，優(yōu)選380nm。
[0023]進(jìn)一步地，c)中紫外光源距離電極區(qū)域的距離為l-10mm，優(yōu)選3mm。
[0024]本發(fā)明提供了一種低成本、高靈敏度、工藝流程簡(jiǎn)單的光催化甲醛敏感材料。相比于現(xiàn)有技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化鑭在氧化鋅中的摻入量，成功地將甲醛的檢測(cè)下限降到了 0.08ppm，顯著的提高了傳感器的敏感度。本發(fā)明的光催化材料的制備方法簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)，制備過(guò)程中大大減少了廢水的排放，降低了環(huán)境污染。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明的光催化甲醛敏感材料的合成方法的工藝流程圖。
[0026]圖2是不同鑭摻雜比例樣品對(duì)3ppm甲醛的響應(yīng)大小。
[0027]圖3是I%鑭摻雜樣品的粉沫衍射圖譜。
[0028]圖4是I %鑭摻雜樣品對(duì)0.08ppm甲醛響應(yīng)大小。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面通過(guò)具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]圖1是本發(fā)明的光催化甲醛敏感材料的合成方法的步驟流程圖，包括如下步驟:
[0031]1.將預(yù)先合成的氧化鋅納米顆粒與鑭鹽混合后加入酒精溶液溶解；
[0032]2.把溶液倒入球磨罐中密封，放入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為l_600min，球磨速度為 1-1OOOrpm;
[0033]3.將球磨后的溶液放入烘箱中干燥，烘箱溫度為60-100°C，時(shí)間0.l_24h。所得物質(zhì)即為甲醛敏感材料；
[0034]4.將所得材料涂覆到叉指電極上；
[0035]5.將紫外光源固定在距離叉指電極的正上方1-1Omm處，即得到甲醛傳感器。
[0036]實(shí)施例1:1%鑭摻雜甲醛敏感材料的合成及測(cè)試
[0037]步驟一:1%鑭摻雜甲醛敏感材料的合成
[0038]將50g氧化鋅納米材料與0.2g硝酸鑭混合(鑭的摩爾比為I % )，將混合物溶解在20ml的無(wú)水乙醇中形成溶液，然后倒入球墨罐中并密封。在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為60分鐘，球磨速度為800rpm;將球磨后的溶液放入烘箱中烘干，溫度為80 °C，時(shí)間為2h。
[0039]圖3是本實(shí)施例的1%鑭摻雜樣品的粉沫衍射圖譜，可以看出，樣品的主相為ZnO，并有微量的硝酸鑭。
[0040]步驟二:甲醛傳感器制備
[0041 ]將制備的甲醛敏感材料通過(guò)噴涂法涂覆到叉指電極上。將波長(zhǎng)為380nm的紫外燈固定在距離叉指電極的正上方3mm處，即得到甲醛傳感器。
[0042]步驟三:甲醛檢測(cè)
[0043]提供傳感器叉指電極1V穩(wěn)壓電路，同時(shí)提供紫外燈5V電壓。圖4是甲醛傳感器對(duì)
0.08ppm甲醛的響應(yīng)大小?？梢钥闯?，本實(shí)施例成功地將甲醛的檢測(cè)下限降到了 0.08ppm，顯著的提高了傳感器的敏感度。
[0044]實(shí)施例2:不同鑭摻雜比例樣品對(duì)3 P pm甲醛的響應(yīng)大小
[0045]圖2是不同鑭摻雜比例(鑭的摩爾百分含量為0-5%)的樣品對(duì)同種濃度甲醛(3ppm)的響應(yīng)大小?？梢钥闯?，鑭摻雜的最優(yōu)比例為I %。
[0046]實(shí)施例3:
[0047]將氧化鋅納米材料與硝酸鑭混合，其中鑭的摩爾比為0.1%，將混合物溶解在無(wú)水乙醇中形成溶液，然后倒入球墨罐中并密封。在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為20分鐘，球磨速度為100rpm;將球磨后的溶液放入烘箱中烘干，溫度為60°C，時(shí)間為24h。所得物質(zhì)即為甲醛敏感材料。
[0048]實(shí)施例4:
[0049]將氧化鋅納米材料與硝酸鑭混合，其中鑭的摩爾比為5%，將混合物溶解在無(wú)水乙醇中形成溶液，然后倒入球墨罐中并密封。在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為600分鐘，球磨速度為1rpm;將球磨后的溶液放入烘箱中烘干，溫度為100°C，時(shí)間為0.lh。所得物質(zhì)即為甲醛敏感材料。
[0050]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光催化甲醛敏感材料，其特征在于，包含鑭摻雜的氧化鋅納米顆粒。2.如權(quán)利要求1所述的光催化甲醛敏感材料，其特征在于，所述鑭摻雜的氧化鋅納米顆粒中，鑭的摩爾比為0.1 % -5 %。3.如權(quán)利要求2所述的光催化甲醛敏感材料，其特征在于，所述鑭摻雜的氧化鋅納米顆粒中，鑭的摩爾比為I %。4.一種制備權(quán)利要求1所述光催化甲醛敏感材料的方法，其步驟包括: 1)將氧化鋅納米顆粒與鑭鹽混合，并用酒精溶解，得到溶液A; 2)將溶液A導(dǎo)入磨罐中密封，并用球磨機(jī)進(jìn)行機(jī)械研磨，得到溶液B； 3)將溶液B放入烘箱中蒸干溶劑，得到產(chǎn)物C，即為光催化甲醛敏感材料。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟I)所述鑭鹽為硝酸鑭。6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，步驟2)中球磨機(jī)的球磨時(shí)間為l-600min，轉(zhuǎn)速為10-1 OOOrpm;步驟3)在60-100°C下蒸干溶劑，時(shí)間為0.1-24h。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟2)中球磨機(jī)的球磨時(shí)間為60min，轉(zhuǎn)速為800rpm;步驟3)在80 °C下蒸干溶劑，時(shí)間為2h。8.一種采用權(quán)利要求1所述光催化甲醛敏感材料的甲醛傳感器，其特征在于，包括: 電極，其上涂敷權(quán)利要求1所述光催化甲醛敏感材料； 紫外光源，用于提供紫外光以在檢測(cè)時(shí)對(duì)電極區(qū)域進(jìn)行照射； 測(cè)量電路，連接所述電極，用于檢測(cè)紫外光照射電極區(qū)域時(shí)甲醛敏感材料所產(chǎn)生的光致電導(dǎo)變化，進(jìn)而測(cè)得甲醛含量。9.如權(quán)利要求8所述的甲醛傳感器，其特征在于，所述光催化甲醛敏感材料通過(guò)濺射、蒸發(fā)、或噴涂方法涂覆到電極上。10.如權(quán)利要求8或9所述的甲醛傳感器，其特征在于，所述電極為叉指電極;所述紫外光源的波長(zhǎng)為350-400nm;所述紫外光源距離電極區(qū)域的距離為l-10mm。
【文檔編號(hào)】G01N27/04GK105866183SQ201610140339
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月11日
【發(fā)明人】常興華, 鄭淑, 鄭捷, 李星國(guó)
【申請(qǐng)人】北京大學(xué), 夏普株式會(huì)社