一种氢气传感器敏感材料及其浆料的制备方法

技术领域

本发明涉及气体传感器新材料制备技术领域，具体涉及一种氢气传感器敏感材料、及其浆料的制备方法。

背景技术

近年来，随着新能源产业的快速发展，氢气作为一种新型的可再生能源，具有绿色环保，制备简单的优点，逐步在氢能源汽车、钢铁冶炼等行业展开了商业化示范应用。氢气是最小的分子、极易泄露且无色无味，泄露后容易爆炸的风险，因此，对氢气的泄露监测对整个氢能行业的发展极为关键。以金属或金属氧化物半导体作为敏感层的半导体气体传感器是最早实现商业化、应用最为广泛的气体传感器。而这类传感器普遍采用了氧化锡作为敏感材料，其制作方法复杂，为了去除杂质离子，需要耗费大量的水，产生严重的污染。即便如此，氧化锡中残留的离子会使传感器的灵敏度低、响应恢复慢。因此对于敏感材料的原材料的选择和工艺的优化，都十分关键。

另一方面，敏感材料的浆料配置也十分关键。制备气体传感器的氧化锡粉末多为纳米粉体，比表面积大，粉体易团聚。浆料涂敷之后，浆料的挥发性、粘度极大的影响涂敷成膜的一致性，浆料挥发过快易导致成膜后应力开裂，影响传感器的良品率和性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种氢气传感器敏感材料、其浆料及其制备和应用。

一种氢气传感器敏感材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)将草酸亚锡加入到去离子水中，在一定的温度下搅拌，慢速滴加双氧水直至草酸亚锡完全氧化分解。冷却后将得到的悬浊液抽滤，并用去离子水洗涤一次，置于烘箱中干燥；

(2)将干燥后得到的氧化锡粉末，加入醋酸钯溶液，真空干燥后，在马弗炉中进行退火处理，得到钯参杂的纳米氧化锡粉末。

进一步的，所述草酸亚锡与水的质量比为1：(2～6)。

进一步的，所述搅拌速率为50-100转/分，温度为50-80摄氏度。

进一步的，所述双氧水的滴加速率为1-10滴每分钟。

进一步的，所述醋酸钯溶液为醋酸钯在三氯甲烷中的溶液，质量比为(1-5)：100。

进一步的，醋酸钯与二氧化锡的质量比为：(0.1-2):100。

进一步的，所述退火温度为350-550摄氏度。

氢气传感器敏感材料的浆料制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米氧化锡粉末、烧结助剂、与溶剂称重混合

(2)将步骤(1)得到的混合物放入球磨罐球磨5-10分钟

(3)向步骤(2)得到的混合物中依次加入分散剂、消泡剂、增稠剂，其中各组成含量以质量百分比记为：敏感材料粉体：30-65％；烧结助剂：20-35％，溶剂：35-55％；分散剂：0.1～1％；消泡剂0.1-0.5％；增稠剂：2-5％。

(4)步骤(3)得到的混合液经进一步球磨5-10分钟，真空脱泡后得到氢气传感器敏感浆料。

所述敏感材料的浆料的制备方法，其包括有以下质量百分比组成：

敏感材料粉体：30-65％；烧结助剂：20-35％，溶剂：35-55％；分散剂：0.1～1％；消泡剂0.1-0.5％；增稠剂：2-5％。

进一步的，所述溶剂为甘油、丁基卡必醇醋酸酯和环戊酮的混合物，其中甘油、丁基卡必醇醋酸酯、环戊酮的质量比为(60-70％)：(5-10％)：(10-30％)。

进一步的，所述烧结助剂为活性氧化铝和白炭黑，其中活性氧化铝、白炭黑的质量比为1：(0.5-2)％

进一步的，所述分散剂为氮‘氮’二甲基甲酰胺，所述消泡剂为KH550，所述增稠剂为聚乙二醇400。

本发明有益效果为：提供了一种氢气传感器敏感材料、其浆料及其制备和应用，相比采用氯化锡为锡源的制备方法，其制备方法简单，杂质离子残留低，且生产过程耗水少，制备出来的传感器灵敏度高，响应速度快。

说明书附图

图1是实施例1所述纳米敏感材料涂敷在敏感器件上的SEM图

图2是实施例1所述纳米敏感浆料膜层对不同浓度的氢气的实时响应图

图3是实施例1所述纳米敏感浆料膜层氢气浓度与灵敏度的关系图

具体实施例

下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明，但是此说明不会构成对本发明的限制。

实施例1

将10g草酸亚锡加入到20g去离子水中，以100转/分钟的搅拌速率下，升温到60摄氏度，以每分钟3-5滴的速度滴加双氧水直至草酸亚锡完全氧化分解。冷却后将得到的悬浊液抽滤，并用去离子水洗涤一次，置于烘箱中110摄氏度干燥24小时，得到氧化锡粉末。

将醋酸钯与三氯甲烷按照质量比5％配置成醋酸钯溶液，并加入到干燥后的氧化锡粉末中，静置24小时，放入真空烘箱中在50摄氏度下干燥2小时。

将干燥的粉体置于马弗炉，450摄氏度退火处理1小时，得到钯参杂量为0.5％的纳米氧化锡粉体。

以钯参杂量为0.5％的纳米氧化锡粉体制备的浆料，添加的各组分质量比分别为：

敏感材料：40％，

烧结助剂：25％，烧结助剂为活性氧化铝和白炭黑的混合物；活性氧化铝：1％，白炭黑：0.5％

溶剂：35％；溶剂为甘油、丁基卡必醇醋酸酯和环戊酮的混合物；

分散剂：1％；消泡剂：0.4％；增稠剂：5％，所述分散剂为氮‘氮’

-二甲基甲酰胺，所述消泡剂为KH550，所述增稠剂为聚乙二醇400；

首先将钯参杂纳米氧化锡粉末、烧结助剂、与溶剂称重混合，放入球磨罐球磨5-10分钟，再依次加入分散剂、消泡剂、增稠剂，经进一步球磨5-10分钟，真空脱泡后得到氢气传感器敏感浆料。

制备的氢气传感器敏感浆料涂覆于气体传感器衬底上，在80摄氏度下烘干，对传感器进行通电加热烧结，最后进行气敏性能测试，测试温度为350℃，测试氢气气体浓度为1～1000ppm。