阅读说明：本技术 一种铝掺杂氧化锌纳米棒修饰聚苯胺的气敏材料及其制法 (Air-sensitive material of polyaniline modified by aluminum-doped zinc oxide nano-rod and preparation method thereof ) 是由 俞中毅 于 2020-12-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及气敏材料技术领域,且公开了一种铝掺杂氧化锌纳米棒修饰聚苯胺的气敏材料,一步水热得到铝掺杂氧化锌纳米棒,具有超高的比表面积,铝元素掺入氧化锌晶格,使其缺陷增多,暴露更多的活性位点,降低氧化锌工作温度,制备羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒,置于硫酸溶液中,水解产生COO-,再加入聚苯胺,代替COOH中的H,二者共价接枝,均匀分散,进一步提高比表面积,加快气体的扩散速度,提高响应和恢复性能,在紫外光照射下,空穴从氧化锌的价带迁移到聚苯胺的价带上,光生电子和空穴有效分离,降低光生电子-空穴复合率,使得铝掺杂氧化锌纳米棒修饰聚苯胺气敏材料具有优异的室温乙醇气敏性能。(The invention relates to the technical field of gas-sensitive materials, and discloses a gas-sensitive material of polyaniline modified by aluminum-doped zinc oxide nano-rods, which is prepared by one-step hydrothermal method, wherein the aluminum-doped zinc oxide nano-rods have ultrahigh specific surface area, aluminum element is doped into zinc oxide crystal lattices, so that the defects are increased, more active sites are exposed, the working temperature of zinc oxide is reduced, carboxylated aluminum-doped zinc oxide nano-rods are prepared and placed in sulfuric acid solution, hydrolyzing to generate COO-, adding polyaniline to replace H in COOH, covalently grafting and uniformly dispersing the COO and the polyaniline, further improving the specific surface area, accelerating the diffusion speed of gas, improving the response and recovery performance, under the irradiation of ultraviolet light, the holes are transferred from the valence band of zinc oxide to the valence band of polyaniline, the photoproduction electrons and the holes are effectively separated, the recombination rate of the photoproduction electrons and the holes is reduced, so that the polyaniline gas-sensitive material modified by the aluminum-doped zinc oxide nano-rod has excellent ethanol gas-sensitive performance at room temperature.)

具体实施方式

为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种铝掺杂氧化锌纳米棒修饰聚苯胺的气敏材料，铝掺杂氧化锌纳米棒修饰聚苯胺的气敏材料制备方法如下：

(1)向反应瓶中加入去离子水、硝酸锌、硝酸铝、氢氧化钠，三者的质量比为100:6-7:25-31，搅拌均匀，将混合液移入反应釜内置于水热装置中，水热装置包括主体，主体的底部活动连接有电机，主体的中间活动连接有隔板，电机的顶部活动连接有法兰平台，法兰平台的顶部活动连接有固定架，固定架的内部活动连接有反应釜，主体的内部活动连接有通风管，通风管的右侧活动连接有进风口，进风口的内部活动连接有进气扇，通风管的左侧活动连接有出风口，出风口的内部活动连接有排气扇，在160-200℃下反应12-18h，过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到铝掺杂氧化锌纳米棒；

(2)向反应瓶中加入去离子水、乙醇、乙烯基三甲氧基硅烷，超声5-15min分散均匀，滴加氨水，调节溶液的pH为9-10，再向混合液中加入铝掺杂氧化锌纳米棒，其中乙烯基三甲氧基硅烷、铝掺杂氧化锌纳米棒的质量比为100-200:100，在50-60℃下反应2-4h，冷却、过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒；

(3)向反应瓶中加入稀硫酸、乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒，在5-10℃下搅拌10-20min，再分别加入硝酸钠、高锰酸钾，其中乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒、硝酸钠、高锰酸钾的质量比为100:40-60:250-400，继续低温搅拌20-40min，然后升温至40-50℃反应2-4h，再向反应瓶中加入去离子水，随后升温至70-80℃反应4-6h，冷却、过滤，用去离子水洗涤干净并干燥，得到羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒；

(4)向反应瓶中加入稀硫酸、对甲基苯磺酸，搅拌均匀，得到混合酸，取五分之一体积的混合酸，向其中加入过硫酸铵，搅拌均匀，得到混合溶液，取五分之四体积的混合酸，向其中加入聚乙烯吡咯烷酮、苯胺、羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒，其中对甲基苯磺酸、过硫酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、苯胺、羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒的质量比为1.5-2:9-12:0.2-0.3:4-6:100，搅拌均匀，将得到的溶液在冰浴中逐滴加入到混合溶液中，搅拌反应6-8h，再用去离子水、无水乙醇离心洗涤干净并干燥，得到铝掺杂氧化锌纳米棒修饰聚苯胺的气敏材料。

实施例1

(1)向反应瓶中加入去离子水、硝酸锌、硝酸铝、氢氧化钠，三者的质量比为100:6:25，搅拌均匀，将混合液移入反应釜内置于水热装置中，水热装置包括主体，主体的底部活动连接有电机，主体的中间活动连接有隔板，电机的顶部活动连接有法兰平台，法兰平台的顶部活动连接有固定架，固定架的内部活动连接有反应釜，主体的内部活动连接有通风管，通风管的右侧活动连接有进风口，进风口的内部活动连接有进气扇，通风管的左侧活动连接有出风口，出风口的内部活动连接有排气扇，在160℃下反应12h，过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到铝掺杂氧化锌纳米棒；

(2)向反应瓶中加入去离子水、乙醇、乙烯基三甲氧基硅烷，超声5min分散均匀，滴加氨水，调节溶液的pH为9，再向混合液中加入铝掺杂氧化锌纳米棒，其中乙烯基三甲氧基硅烷、铝掺杂氧化锌纳米棒的质量比为100:100，在50℃下反应2h，冷却、过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒；

(3)向反应瓶中加入稀硫酸、乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒，在5℃下搅拌10min，再分别加入硝酸钠、高锰酸钾，其中乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒、硝酸钠、高锰酸钾的质量比为100:40:250，继续低温搅拌20min，然后升温至40℃反应2h，再向反应瓶中加入去离子水，随后升温至70℃反应4h，冷却、过滤，用去离子水洗涤干净并干燥，得到羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒；

(4)向反应瓶中加入稀硫酸、对甲基苯磺酸，搅拌均匀，得到混合酸，取五分之一体积的混合酸，向其中加入过硫酸铵，搅拌均匀，得到混合溶液，取五分之四体积的混合酸，向其中加入聚乙烯吡咯烷酮、苯胺、羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒，其中对甲基苯磺酸、过硫酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、苯胺、羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒的质量比为1.5:9:0.2:4:100，搅拌均匀，将得到的溶液在冰浴中逐滴加入到混合溶液中，搅拌反应6h，再用去离子水、无水乙醇离心洗涤干净并干燥，得到铝掺杂氧化锌纳米棒修饰聚苯胺的气敏材料。

实施例2

(1)向反应瓶中加入去离子水、硝酸锌、硝酸铝、氢氧化钠，三者的质量比为100:6.5:28，搅拌均匀，将混合液移入反应釜内置于水热装置中，水热装置包括主体，主体的底部活动连接有电机，主体的中间活动连接有隔板，电机的顶部活动连接有法兰平台，法兰平台的顶部活动连接有固定架，固定架的内部活动连接有反应釜，主体的内部活动连接有通风管，通风管的右侧活动连接有进风口，进风口的内部活动连接有进气扇，通风管的左侧活动连接有出风口，出风口的内部活动连接有排气扇，在180℃下反应15h，过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到铝掺杂氧化锌纳米棒；

(2)向反应瓶中加入去离子水、乙醇、乙烯基三甲氧基硅烷，超声10min分散均匀，滴加氨水，调节溶液的pH为10，再向混合液中加入铝掺杂氧化锌纳米棒，其中乙烯基三甲氧基硅烷、铝掺杂氧化锌纳米棒的质量比为150:100，在55℃下反应3h，冷却、过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒；

(3)向反应瓶中加入稀硫酸、乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒，在10℃下搅拌15min，再分别加入硝酸钠、高锰酸钾，其中乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒、硝酸钠、高锰酸钾的质量比为100:50:325，继续低温搅拌30min，然后升温至45℃反应3h，再向反应瓶中加入去离子水，随后升温至75℃反应5h，冷却、过滤，用去离子水洗涤干净并干燥，得到羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒；

(4)向反应瓶中加入稀硫酸、对甲基苯磺酸，搅拌均匀，得到混合酸，取五分之一体积的混合酸，向其中加入过硫酸铵，搅拌均匀，得到混合溶液，取五分之四体积的混合酸，向其中加入聚乙烯吡咯烷酮、苯胺、羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒，其中对甲基苯磺酸、过硫酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、苯胺、羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒的质量比为1.8:10.5:0.25:5:100，搅拌均匀，将得到的溶液在冰浴中逐滴加入到混合溶液中，搅拌反应7h，再用去离子水、无水乙醇离心洗涤干净并干燥，得到铝掺杂氧化锌纳米棒修饰聚苯胺的气敏材料。

实施例3

(1)向反应瓶中加入去离子水、硝酸锌、硝酸铝、氢氧化钠，三者的质量比为100:6.3:26，搅拌均匀，将混合液移入反应釜内置于水热装置中，水热装置包括主体，主体的底部活动连接有电机，主体的中间活动连接有隔板，电机的顶部活动连接有法兰平台，法兰平台的顶部活动连接有固定架，固定架的内部活动连接有反应釜，主体的内部活动连接有通风管，通风管的右侧活动连接有进风口，进风口的内部活动连接有进气扇，通风管的左侧活动连接有出风口，出风口的内部活动连接有排气扇，在170℃下反应18h，过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到铝掺杂氧化锌纳米棒；

(2)向反应瓶中加入去离子水、乙醇、乙烯基三甲氧基硅烷，超声5min分散均匀，滴加氨水，调节溶液的pH为9，再向混合液中加入铝掺杂氧化锌纳米棒，其中乙烯基三甲氧基硅烷、铝掺杂氧化锌纳米棒的质量比为130:100，在50℃下反应4h，冷却、过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒；

(3)向反应瓶中加入稀硫酸、乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒，在5℃下搅拌15min，再分别加入硝酸钠、高锰酸钾，其中乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒、硝酸钠、高锰酸钾的质量比为100:45:300，继续低温搅拌25min，然后升温至40℃反应4h，再向反应瓶中加入去离子水，随后升温至80℃反应4h，冷却、过滤，用去离子水洗涤干净并干燥，得到羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒；

(4)向反应瓶中加入稀硫酸、对甲基苯磺酸，搅拌均匀，得到混合酸，取五分之一体积的混合酸，向其中加入过硫酸铵，搅拌均匀，得到混合溶液，取五分之四体积的混合酸，向其中加入聚乙烯吡咯烷酮、苯胺、羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒，其中对甲基苯磺酸、过硫酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、苯胺、羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒的质量比为1.6:10:0.2:4.5:100，搅拌均匀，将得到的溶液在冰浴中逐滴加入到混合溶液中，搅拌反应8h，再用去离子水、无水乙醇离心洗涤干净并干燥，得到铝掺杂氧化锌纳米棒修饰聚苯胺的气敏材料。

实施例4

(1)向反应瓶中加入去离子水、硝酸锌、硝酸铝、氢氧化钠，三者的质量比为100:7:31，搅拌均匀，将混合液移入反应釜内置于水热装置中，水热装置包括主体，主体的底部活动连接有电机，主体的中间活动连接有隔板，电机的顶部活动连接有法兰平台，法兰平台的顶部活动连接有固定架，固定架的内部活动连接有反应釜，主体的内部活动连接有通风管，通风管的右侧活动连接有进风口，进风口的内部活动连接有进气扇，通风管的左侧活动连接有出风口，出风口的内部活动连接有排气扇，在200℃下反应18h，过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到铝掺杂氧化锌纳米棒；

(2)向反应瓶中加入去离子水、乙醇、乙烯基三甲氧基硅烷，超声15min分散均匀，滴加氨水，调节溶液的pH为10，再向混合液中加入铝掺杂氧化锌纳米棒，其中乙烯基三甲氧基硅烷、铝掺杂氧化锌纳米棒的质量比为200:100，在60℃下反应4h，冷却、过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒；

(3)向反应瓶中加入稀硫酸、乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒，在10℃下搅拌20min，再分别加入硝酸钠、高锰酸钾，其中乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒、硝酸钠、高锰酸钾的质量比为100:60:400，继续低温搅拌40min，然后升温至50℃反应4h，再向反应瓶中加入去离子水，随后升温至80℃反应6h，冷却、过滤，用去离子水洗涤干净并干燥，得到羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒；

(4)向反应瓶中加入稀硫酸、对甲基苯磺酸，搅拌均匀，得到混合酸，取五分之一体积的混合酸，向其中加入过硫酸铵，搅拌均匀，得到混合溶液，取五分之四体积的混合酸，向其中加入聚乙烯吡咯烷酮、苯胺、羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒，其中对甲基苯磺酸、过硫酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、苯胺、羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒的质量比为2:12:0.3:6:100，搅拌均匀，将得到的溶液在冰浴中逐滴加入到混合溶液中，搅拌反应8h，再用去离子水、无水乙醇离心洗涤干净并干燥，得到铝掺杂氧化锌纳米棒修饰聚苯胺的气敏材料。

对比例1

(1)向反应瓶中加入去离子水、硝酸锌、硝酸铝、氢氧化钠，三者的质量比为100:5:20，搅拌均匀，将混合液移入反应釜内置于水热装置中，水热装置包括主体，主体的底部活动连接有电机，主体的中间活动连接有隔板，电机的顶部活动连接有法兰平台，法兰平台的顶部活动连接有固定架，固定架的内部活动连接有反应釜，主体的内部活动连接有通风管，通风管的右侧活动连接有进风口，进风口的内部活动连接有进气扇，通风管的左侧活动连接有出风口，出风口的内部活动连接有排气扇，在180℃下反应12h，过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到铝掺杂氧化锌纳米棒；

(2)向反应瓶中加入去离子水、乙醇、乙烯基三甲氧基硅烷，超声10min分散均匀，滴加氨水，调节溶液的pH为9，再向混合液中加入铝掺杂氧化锌纳米棒，其中乙烯基三甲氧基硅烷、铝掺杂氧化锌纳米棒的质量比为70:100，在50℃下反应3h，冷却、过滤，用去离子水、无水乙醇洗涤干净并干燥，得到乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒；

(3)向反应瓶中加入稀硫酸、乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒，在10℃下搅拌15min，再分别加入硝酸钠、高锰酸钾，其中乙烯基化铝掺杂氧化锌纳米棒、硝酸钠、高锰酸钾的质量比为100:50:300，继续低温搅拌30min，然后升温至40℃反应3h，再向反应瓶中加入去离子水，随后升温至70℃反应5h，冷却、过滤，用去离子水洗涤干净并干燥，得到羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒；

(4)向反应瓶中加入稀硫酸、对甲基苯磺酸，搅拌均匀，得到混合酸，取五分之一体积的混合酸，向其中加入过硫酸铵，搅拌均匀，得到混合溶液，取五分之四体积的混合酸，向其中加入聚乙烯吡咯烷酮、苯胺、羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒，其中对甲基苯磺酸、过硫酸铵、聚乙烯吡咯烷酮、苯胺、羧基化铝掺杂氧化锌纳米棒的质量比为1:7:0.1:3:100，搅拌均匀，将得到的溶液在冰浴中逐滴加入到混合溶液中，搅拌反应7h，再用去离子水、无水乙醇离心洗涤干净并干燥，得到铝掺杂氧化锌纳米棒修饰聚苯胺的气敏材料。

以玻璃作为基底，在其表面进行光刻制备Pt电极，将实施例和对比例中得到的铝掺杂氧化锌纳米棒修饰聚苯胺的气敏材料与去离子水混合，得到气敏浆料，在基底表面均匀镀膜，形成20nm厚的薄膜，干燥，再置于450℃下煅烧2h，得到乙醇气敏元件，使用F4T5/BLB型紫外发光二极管作为紫外光光源，功率为4W，照射乙醇气敏元件，通入乙醇气体，使用HW-30A型气敏测试系统测试乙醇气敏性能，灵敏度为气敏元件在空气中的电阻与测试气体中电阻的比值，测试标准为GB/T 15653-1995。