本發明涉及氣體檢測,尤其涉及一種半導體氣敏材料及其制備方法、傳感器和四足機器人應用。
背景技術:
1、在當今科技迅速發展的時代背景下,對于深井隧道、有限空間等復雜環境中存在的有毒有害氣體如氨氣、一氧化碳等進行高效、準確的檢測顯得尤為重要。這類環境往往由于空間限制、環境條件惡劣以及人工作業的高風險性,使得傳統的檢測方法難以實施。四足機器人憑借其獨特的仿生設計,能夠在復雜地形中靈活移動,克服了傳統輪式或履帶式機器人在某些特殊環境中受限的難題。同時,結合先進的氣體檢測技術,四足機器人能夠實時檢測并傳輸環境中的有毒有害氣體數據,為工作人員提供及時準確的信息支持,確保作業安全。此外,四足機器人的應用還能有效減少人力投入,提高作業效率,降低生產成本,對于推動相關行業的發展具有重要意義。
2、傳感器技術的持續發展使得有毒氣體檢測儀的檢測精度和靈敏度得到提高,新型傳感器的應用使得檢測儀器的響應速度更快,誤報率更低,并能夠同時檢測多種有害氣體。許多工作為開發高性能的常溫氣體傳感器做出了不懈的努力,例如通過合成多種納米結構來利用低維結構的獨特傳感機制。然而,這些氣體傳感器在常溫下的傳感性能是有限的,尤其是針對有毒氣體檢測方面。例如,一些傳感器表現出足夠的靈敏度,但響應/恢復時間很長,甚至不能恢復至初始電阻。一些傳感器靈敏度高、響應/恢復時間短,但表現出較差的穩定性和氣體選擇性。
技術實現思路
1、本發明的目的在于,針對現有技術的上述不足,提出一種半導體氣敏材料及其制備方法、傳感器和四足機器人應用。
2、本發明的一種半導體氣敏材料的制備方法,包括如下步驟:
3、s1、將六水合硝酸鈷、2-甲基咪唑配體分別溶于溶劑;再將2-甲基咪唑溶液緩慢滴加到硝酸鈷溶液中,反應完成后,對產物離心、洗滌、干燥得zif-67;
4、s2、將zif-67粉末超聲分散于甲醇中以形成白色均勻懸濁液,然后依次在白色均勻懸濁液中加入硝酸銀、氯鈀酸,攪拌、靜置、離心、干燥得白色粉末;
5、s3、將白色粉末在400~600℃下進行煅燒2~4?h,自然冷卻后得半導體氣敏材料ag-pa/coo。
6、進一步的,半導體氣敏材料ag-pa/coo中,co、ag、pa的摩爾比為1~3:1~3:1~3。
7、進一步的,步驟s2中,持續攪拌1~3?h后,靜置?24~48?h。
8、進一步的,步驟s3中,升溫速率為1~2℃/m。
9、一種如上述的制備方法制備的半導體氣敏材料。
10、一種基于上述的半導體氣敏材料的氣體傳感器。
11、進一步的,上述的半導體氣敏材料的氣體傳感器采用如下步驟進行制備:
12、s1、將半導體氣敏材料ag-pa/coo分散在去離子水中得到ag-pa/coo導電溶液;
13、s2、將ag-pa/coo導電溶液轉移到聚乳酸稀溶液中混合均勻,再將其均勻涂在帶有一對金電極的襯底上,干燥得氣體傳感器。
14、一種安裝有氣體傳感器的四足機器人,用于檢測還原性有毒氣體。
15、進一步的,所述有毒氣體包括氨氣、vocs。
16、本發明在合成含co金屬簇多孔晶體材料zif-67的基礎上,通過離子交換法,引入了ag、pa雙金屬,得到一種三金屬co、ag、pa多孔晶體材料ag-pa/zif-67。隨后,將ag-pa/zif-67作為模板劑通過高溫煅燒得到了ag-pa/coo作為傳感材料;本發明通過引入ag、pa雙金屬與co金屬簇的結合,形成三金屬co、ag、pa多孔金屬半導體材料ag-pa/coo,當ag-pa/coo材料暴露在空氣中時,空氣中的氧分子會吸附在ag-pa/coo材料表面,并從ag-pa/coo材料中奪取電子,形成氧負離子(如o-、o2-等),導致ag-pa/coo材料表面形成一層電子耗盡層,從而影響其電導率。當有毒氣體(如氨氣、vocs等)與傳感器接觸時,這些氣體會與ag-pa/coo材料表面的氧負離子發生反應,導致電子耗盡層的狀態發生變化,進而引起半導體氣敏材料電導率的變化。通過測量這種電導率的變化,就可以實現對有毒氣體的檢測。
17、ag、pa和co三種金屬在復合材料中能形成復雜的電子結構,包括電荷轉移、軌道雜化等。這些效應不僅改變了材料的能帶結構,還影響了材料的表面化學性質,從而提高了對氣體的敏感性和選擇性,使得本發明多金屬復合結構的半導體氣敏材料表現出更高的敏感性和選擇性。多金屬具有更多的活性位點,能夠提升有毒氣體與氧負離子之間的反應迅速,導致電子耗盡層狀態快速變化,從而實現了對氣體濃度的快速檢測。
18、本發明制備的半導體氣敏材料ag-pa/coo是一種多孔納米材料,三金屬元素復合結構能夠顯著提高材料的比表面積和孔隙率,從而增加材料與目標氣體的接觸面積,提高氣體吸附效率,其高比表面積有助于形成更多的氧負離子、增加有毒氣體與氧負離子的反應空間,同時吸納更多的有毒氣體,提升傳感器件的響應和回復時間。
19、ag-pa/coo作為半導體氣敏材料,與聚乳酸配置漿料負載在帶有一對金電極的襯底上作為氣體傳感器;測試結果表明ag-pa/coo氣體傳感器對氨氣的氣敏性拓展到了5ppm,響應和回復時間分別為1s和88s。
1.一種半導體氣敏材料的制備方法,其特征在于:包括如下步驟:
2.如權利要求1所述的制備方法,其特征在于:半導體氣敏材料ag-pa/coo中,co、ag、pa的摩爾比為1~3:1~3:1~3。
3.如權利要求1所述的制備方法,其特征在于:步驟s2中,持續攪拌1~3?h后,靜置24~48h。
4.如權利要求1所述的制備方法,其特征在于:步驟s3中,升溫速率為1~2℃/m。
5.一種如權利要求1-4任一項所述的制備方法制備的半導體氣敏材料。
6.一種基于如權利要求5所述的半導體氣敏材料的氣體傳感器。
7.如權利要求6所述的氣體傳感器,其特征在于:采用如下步驟進行制備:
8.一種安裝有如權利要求7所述的氣體傳感器的四足機器人,其特征在于:用于檢測還原性有毒氣體。
9.如權利要求8所述的四足機器人,其特征在于:所述有毒氣體包括氨氣、vocs。