本發(fā)明的技術(shù)方案涉及納米結(jié)構(gòu)的制造，具體地說(shuō)是用于丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯募{米In2O3粉末的制備方法。

背景技術(shù)：
近年來(lái)，基于呼氣分析式疾病診斷技術(shù)由于無(wú)創(chuàng)、快速、簡(jiǎn)單和智能化而受到了國(guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注。以人們普遍關(guān)心的糖尿病診斷用呼吸分析式丙酮?dú)怏w檢測(cè)為例，要求氣敏檢測(cè)設(shè)備具有靈敏度高、操作簡(jiǎn)單、尺寸小、便攜智能和價(jià)格低廉的特點(diǎn)，相應(yīng)氣敏檢測(cè)設(shè)備中的氣敏傳感器的敏感材料也需具備高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性、制備簡(jiǎn)單和成本低廉的特點(diǎn)。三氧化二銦(In2O3)是氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器中常用的敏感材料，其對(duì)丙酮?dú)怏w具有較高靈敏度和較強(qiáng)氣敏選擇性，同時(shí)對(duì)諸多還原性干擾氣體不敏感，有很好的抗干擾能力。因而在丙酮?dú)饷魝鞲衅髦杏袕V闊的應(yīng)用前景。In2O3作為丙酮?dú)饷魝鞲衅饔妹舾胁牧辖?jīng)歷了從大晶粒尺寸(數(shù)微米級(jí))到超小晶粒尺寸(數(shù)十納米級(jí))的發(fā)展過(guò)程。針對(duì)微米級(jí)In2O3材料的靈敏度，盡管國(guó)內(nèi)外研究人員在熱分解法、液相法和有機(jī)膠體法等制備方法方面做了大量的研究工作，但由于敏感機(jī)制的限制，其靈敏度仍然無(wú)法獲得更大的提升。在同時(shí)滿足氣敏選擇性和穩(wěn)定性的前提下，低靈敏度限制了微米級(jí)In2O3材料在丙酮?dú)饷魝鞲衅髦械倪M(jìn)一步應(yīng)用。納米In2O3材料由于不同于微米級(jí)In2O3材料的氣敏機(jī)制，具有較高的靈敏度、氣敏選擇性強(qiáng)和響應(yīng)速率高的優(yōu)點(diǎn)，逐步成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。其中，制備晶粒尺寸小、均勻、微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的納米In2O3粉末材料是獲得高靈敏丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯年P(guān)鍵。CN102659175A公開了納米三氧化二銦的制備方法，這些現(xiàn)有技術(shù)中，為了獲得納米In2O3粉末材料，多采用液相合成配以水熱處理，在這一合成過(guò)程中，使用了有機(jī)物表面修飾劑如醇類和有機(jī)酸類物質(zhì)。這一方面增加了納米In2O3粉末材料的制備成本、難度和周期。另外一方面，合成過(guò)程中使用的有機(jī)物易殘留在In2O3納米顆粒表面，從而降低其表面活性，導(dǎo)致對(duì)氣體的響應(yīng)能力的降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供用于丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯募{米In2O3粉末的制備方法，采用溶膠凝膠法制備氧化物納米粉末，克服了現(xiàn)有液相合成配以水熱處理技術(shù)制備納米In2O3粉末材料的成本高、難度大、周期長(zhǎng)和表面活性低的缺陷。本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：用于丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯募{米In2O3粉末的制備方法，采用溶膠凝膠法制備氧化物納米粉末，步驟如下：第一步，銦鹽溶液的制備：稱取所需摩爾量的可溶性銦鹽，加去離子水配置成銦離子濃度為1.0×10-7mol/L的溶液，在30℃下采用磁力攪拌子攪拌1～2h，轉(zhuǎn)速為300～350轉(zhuǎn)/每分鐘，由此制得銦鹽溶液待用；第二步，堿溶液的制備：稱取所需摩爾量的質(zhì)量百分比濃度為28％的氨水，加入去離子水中配置成NH4+濃度為1.0×10-6mol/L的溶液，在室溫下靜置0.5h，由此制得堿溶液待用；第三步，氧化銦前驅(qū)體的制備：將第二步制得的堿溶液放入恒溫水浴鍋中設(shè)置溫度為30℃，采用磁力攪拌，轉(zhuǎn)速為300～350轉(zhuǎn)/每分鐘，將第一步制得的銦鹽溶液注入玻璃滴定管中，以0.5mL/min的速度向上述堿溶液中滴入上述銦鹽溶液，直至結(jié)束并保持?jǐn)嚢杷俣群蜏囟?，由此制得氧化銦前?qū)體膠狀產(chǎn)物；第四步，恒溫靜置老化：將第三步所制得的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物密封后放入恒溫水浴鍋中設(shè)置溫度為30℃，靜置24h待用；第五步，高速離心分離：將第四步待用的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物放入離心機(jī)中在25℃條件下，設(shè)置轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/每分鐘，離心10分鐘后分離液體，繼續(xù)注入去離子水150mL，將上述分離過(guò)程重復(fù)6次，去除殘留的酸根離子和氨離子，由此制得純凈的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物；第六步，干燥：將第五步所制得純凈的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物在空氣條件下80℃干燥24h，得到干燥的含結(jié)晶水的氧化銦粉末；第七步，高溫?zé)Y(jié)：將第六步所得干燥的氧化銦粉末放入箱式爐中，在空氣條件下用600～800℃溫度燒結(jié)2h，將水分排出后自然冷卻至室溫，得到燒結(jié)后的氧化銦粉末；第八步，研磨過(guò)篩，最終制得納米In2O3粉末：將第七步所得到燒結(jié)后的氧化銦粉末放入瑪瑙研磨中，研磨10～20min后，使用300～400目金屬篩將粉末篩選，最終制得納米In2O3粉末，密封干燥保存待用于丙酮?dú)饷魝鞲衅?。上述用于丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯募{米In2O3粉末的制備方法，所述可溶性銦鹽為In2(SO4)3、InCl3或In(NO3)3。上述用于丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯募{米In2O3粉末的制備方法，所涉及的原料和設(shè)備均通過(guò)公知途徑獲得，所涉及的工藝是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所能掌握的。上述用于丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯募{米In2O3粉末的制備方法所制得的用于丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯募{米In2O3粉末的使用方法如下：取出所述方法制得的密封干燥保存的納米In2O3粉末，在超聲分散10～20min的條件下，與有機(jī)粘合劑甘油或松油醇以及分散劑酒精配合制成漿狀物，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在陶瓷電極襯底上成膜，制成氣敏傳感膜，并在管式爐中通入空氣加熱12h溫度為600℃以獲得更高的穩(wěn)定性，焊接接引線后用于丙酮?dú)饷魝鞲衅髦?，用以丙酮?dú)怏w的氣敏測(cè)試。上述用于丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯募{米In2O3粉末制成的氣敏傳感膜的丙酮?dú)饷粜阅軠y(cè)試方法如下：被測(cè)試氣敏傳感膜樣品：氧化銦粉末的高溫?zé)Y(jié)溫度分別為600℃、700℃、800℃，條件下制得的納米In2O3粉末所制得的三個(gè)氣敏傳感膜樣品；測(cè)試方法：采用靜態(tài)態(tài)配氣法進(jìn)行，即將液態(tài)丙酮?dú)怏w與壓縮空氣混合配置成50～1000ppm濃度的丙酮?dú)怏w流速為100mL/min；測(cè)試條件：在溫度為300℃～350℃濕度為25～30％RH的環(huán)境下進(jìn)行。本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步如下：(1)本發(fā)明采用溶膠凝膠法制備In2O3納米粉末制備，它是以可溶性銦鹽的溶液為基礎(chǔ)，添加堿溶液，制備出氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物，然后通過(guò)恒溫靜置老化、高速離心分離、干燥、高溫?zé)Y(jié)和研磨過(guò)篩工藝制得晶粒尺寸小、分布均勻和性能穩(wěn)定的納米In2O3粉末，非常適合用于高靈敏度丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯拿舾胁牧稀?2)本發(fā)明已經(jīng)收到了天津市自然科學(xué)基金委研究項(xiàng)目(呼氣分析疾病診斷用高性能NH3半導(dǎo)體氣敏傳感器研究，項(xiàng)目編號(hào)：15JCYBJC52100)和國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目(基于高濕度條件下的分子篩膜/WO3復(fù)合型丙酮?dú)饷魝鞲衅餮芯浚?xiàng)目編號(hào):61501167)的資助。(3)本發(fā)明方法制備的納米In2O3粉末材料的成本低、工藝簡(jiǎn)單、周期短和表面活性高。以下實(shí)施例中將進(jìn)一步顯示本發(fā)明所具有的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為本發(fā)明方法操作流程示意框圖。圖2為本發(fā)明方法制得的納米In2O3粉末的納米微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖。圖3為本發(fā)明方法制得的納米In2O3粉末制作的氣敏傳感膜的丙酮?dú)饷繇憫?yīng)特性曲線圖。圖4為本發(fā)明方法制得的納米In2O3粉末制作的氣敏傳感膜的丙酮?dú)饷綮`敏度與丙酮?dú)怏w濃度關(guān)系的曲線圖。圖5為本發(fā)明方法制得的納米In2O3粉末制作的氣敏傳感膜的丙酮?dú)饷綮`敏度與丙酮?dú)饷魝鞲衅鞴年P(guān)系的曲線圖。具體實(shí)施方式圖1所示實(shí)施例表明，本發(fā)明方法操作流程為：將銦鹽溶液滴入30℃水浴堿溶液中→氧化銦前驅(qū)體，于30℃水浴恒溫靜置離心→氧化銦粉末，空氣條件下600～800℃高溫?zé)Y(jié)→納米In2O3粉末。實(shí)施例1第一步，銦鹽溶液的制備：稱取1.0×10-3mol摩爾量的In2(SO4)3，加去離子水配置成銦離子濃度為1.0×10-7mol/L的溶液，在30℃下采用磁力攪拌子攪拌1h，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/每分鐘，由此制得銦鹽溶液待用；第二步，堿溶液的制備：稱取0.02mol的質(zhì)量百分比濃度為28％的氨水，加入去離子水中配置成NH4+濃度為1.0×10-6mol/L的溶液，在室溫下靜置0.5h，由此制得堿溶液待用；第三步，氧化銦前驅(qū)體的制備：將第二步制得的堿溶液放入恒溫水浴鍋中設(shè)置溫度為30℃，采用磁力攪拌，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/每分鐘，將第一步制得的銦鹽溶液注入玻璃滴定管中，以0.5mL/min的速度向上述堿溶液中滴入上述銦鹽溶液，直至結(jié)束并保持?jǐn)嚢杷俣群蜏囟?，由此制得氧化銦前?qū)體膠狀產(chǎn)物；第四步，恒溫靜置老化：將第三步所制得的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物密封后放入恒溫水浴鍋中設(shè)置溫度為30℃，靜置24h待用；第五步，高速離心分離：將第四步待用的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物放入離心機(jī)中在25℃條件下，設(shè)置轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/每分鐘，離心10分鐘后分離液體，繼續(xù)注入去離子水150mL，將上述分離過(guò)程重復(fù)6次，去除殘留的硫酸根離子和氨離子，由此制得純凈的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物；第六步，干燥：將第五步所制得純凈的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物在空氣條件下80℃干燥24h，得到干燥的含結(jié)晶水的氧化銦粉末；第七步，高溫?zé)Y(jié)：將第六步所得干燥的氧化銦粉末放入箱式爐中，在空氣條件下用600℃溫度燒結(jié)2h，將水分排出后自然冷卻至室溫，得到燒結(jié)后的氧化銦粉末；第八步，研磨過(guò)篩，最終制得納米In2O3粉末：將第七步所得到燒結(jié)后的氧化銦粉末放入瑪瑙研磨中，研磨10min后，使用300目金屬篩將粉末篩選，最終制得納米In2O3粉末，密封干燥保存待用于丙酮?dú)饷魝鞲衅?。圖2顯示本實(shí)施例制得的納米In2O3粉末的納米微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖，利用掃描電鏡分析可見本實(shí)施例制得的納米In2O3粉末由眾多的片狀納米顆粒組成，尺寸分布均，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，厚度僅為10納米左右，透射電鏡顯示單個(gè)納米顆粒多為不規(guī)則片狀結(jié)構(gòu)。將上述制得的納米In2O3粉末，在超聲分散10min配以甘油和酒精制制成漿狀物，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在陶瓷電極襯底上成膜，制成氣敏傳感膜，并在管式爐中通入空氣加熱12h溫度為600℃以獲得更高的穩(wěn)定性，焊接接引線后用于丙酮?dú)饷魝鞲衅髦校靡员獨(dú)怏w的氣敏測(cè)試。上述用于丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯募{米In2O3粉末制成的氣敏傳感膜的丙酮?dú)饷粜阅軠y(cè)試方法如下：在溫度為300℃，濕度為25～30％RH的環(huán)境下采用靜態(tài)配氣法進(jìn)行，即將液態(tài)丙酮?dú)怏w與壓縮空氣混合配置成50～1000ppm濃度的丙酮?dú)怏w流速為100mL/min；具體丙酮?dú)饷粜阅軠y(cè)試得到的氣敏響應(yīng)數(shù)據(jù)見表1?？梢?，實(shí)施例1制得的納米In2O3氣敏傳感膜對(duì)丙酮濃度為1ppm以下的丙酮?dú)怏w的響應(yīng)速率快、恢復(fù)性能好、響應(yīng)度高。與現(xiàn)有液相合成配以水熱處理技術(shù)制備納米In2O3粉末材料相比，實(shí)施例1制得的納米In2O3粉末材料對(duì)低濃度的丙酮?dú)怏w的氣敏性得到了明顯的提升。表1.實(shí)施例1制得的納米In2O3氣敏傳感膜對(duì)不同濃度的丙酮?dú)怏w的氣敏響應(yīng)性能濃度(ppm)靈敏度(Ra/Rg)響應(yīng)速率(S)恢復(fù)速率(S)1001.35.463001.60.66.65003.11.86.6圖3顯示本實(shí)施例制得的納米In2O3粉末制作的氣敏傳感膜的丙酮?dú)饷繇憫?yīng)特性曲線圖。該圖的曲線表明，以納米In2O3粉末為氣敏傳感膜的丙酮?dú)饷魝鞲衅鲗?duì)低濃度的丙酮具有較高的靈敏度和較快的響應(yīng)速率，其中傳感器1和傳感器2為采用不同厚度的氣敏傳感膜制作的兩只丙酮?dú)饷魝鞲衅?。圖4顯示本實(shí)施例制得的納米In2O3粉末制作的氣敏傳感膜的丙酮?dú)饷綮`敏度與丙酮?dú)怏w濃度關(guān)系的曲線圖。該圖的曲線表明，丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯捻憫?yīng)值隨丙酮濃度的增加而增加，最低可以檢測(cè)低至100ppm的丙酮?dú)怏w，其中傳感器1和傳感器2為采用不同厚度的氣敏傳感膜制作的兩只丙酮?dú)饷魝鞲衅?。圖5顯示本實(shí)施例制得的納米In2O3粉末制作的氣敏傳感膜的丙酮?dú)饷綮`敏度與丙酮?dú)饷魝鞲衅鞴年P(guān)系的曲線圖。該圖的曲線表明，所制作的丙酮?dú)饷魝鞲衅鞴妮^低，提高功耗有利于提高丙酮?dú)饷魝鞲衅鲗?duì)丙酮的響應(yīng)能力，其中傳感器1和傳感器2為采用不同厚度的氣敏傳感膜制作的兩只丙酮?dú)饷魝鞲衅鳌?shí)施例2第一步，銦鹽溶液的制備：稱取1.0×10-3mol摩爾量的InCl3，加去離子水配置成銦離子濃度為1.0×10-7mol/L的溶液，在30℃下采用磁力攪拌子攪拌1.5h，轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/每分鐘，由此制得銦鹽溶液待用；第二步，堿溶液的制備：稱取0.02mol的質(zhì)量百分比濃度為28％的氨水，加入去離子水中配置成NH4+濃度為1.0×10-6mol/L的溶液，在室溫下靜置0.5h，由此制得堿溶液待用；第三步，氧化銦前驅(qū)體的制備：將第二步制得的堿溶液放入恒溫水浴鍋中設(shè)置溫度為30℃，采用磁力攪拌，轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/每分鐘，將第一步制得的銦鹽溶液注入玻璃滴定管中，以0.5mL/min的速度向上述堿溶液中滴入上述銦鹽溶液，直至結(jié)束并保持?jǐn)嚢杷俣群蜏囟龋纱酥频醚趸熐膀?qū)體膠狀產(chǎn)物；第四步，恒溫靜置老化：將第三步所制得的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物密封后放入恒溫水浴鍋中設(shè)置溫度為30℃，靜置24h待用；第五步，高速離心分離：將第四步待用的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物放入離心機(jī)中在25℃條件下，設(shè)置轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/每分鐘，離心10分鐘后分離液體，繼續(xù)注入去離子水150mL，將上述分離過(guò)程重復(fù)6次，去除殘留的氯離子和氨離子，由此制得純凈的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物；第六步，干燥：將第五步所制得純凈的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物在空氣條件下80℃干燥24h，得到干燥的含結(jié)晶水的氧化銦粉末；第七步，高溫?zé)Y(jié)：將第六步所得干燥的氧化銦粉末放入箱式爐中，在空氣條件下用700℃溫度燒結(jié)2h，將水分排出后自然冷卻至室溫，得到燒結(jié)后的氧化銦粉末；第八步，研磨過(guò)篩，最終制得納米In2O3粉末：將第七步所得到燒結(jié)后的氧化銦粉末放入瑪瑙研磨中，研磨15min后，使用350目金屬篩將粉末篩選，最終制得納米In2O3粉末，密封干燥保存待用于丙酮?dú)饷魝鞲衅?。將本?shí)施例制得的納米In2O3粉末用以丙酮?dú)怏w的氣敏測(cè)試的方法同實(shí)施例1。實(shí)施例3第一步，銦鹽溶液的制備：稱取1.0×10-3mol摩爾量的In(NO3)3，加去離子水配置成銦離子濃度為1.0×10-7mol/L的溶液，在30℃下采用磁力攪拌子攪拌2h，轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/每分鐘，由此制得銦鹽溶液待用；第二步，堿溶液的制備：稱取0.02mol的質(zhì)量百分比濃度為28％的氨水，加入去離子水中配置成NH4+濃度為1.0×10-6mol/L的溶液，在室溫下靜置0.5h，由此制得堿溶液待用；第三步，氧化銦前驅(qū)體的制備：將第二步制得的堿溶液放入恒溫水浴鍋中設(shè)置溫度為30℃，采用磁力攪拌，轉(zhuǎn)速為350轉(zhuǎn)/每分鐘，將第一步制得的銦鹽溶液注入玻璃滴定管中，以0.5mL/min的速度向上述堿溶液中滴入上述銦鹽溶液，直至結(jié)束并保持?jǐn)嚢杷俣群蜏囟?，由此制得氧化銦前?qū)體膠狀產(chǎn)物；第四步，恒溫靜置老化：將第三步所制得的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物密封后放入恒溫水浴鍋中設(shè)置溫度為30℃，靜置24h待用；第五步，高速離心分離：將第四步待用的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物放入離心機(jī)中在25℃條件下，設(shè)置轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/每分鐘，離心10分鐘后分離液體，繼續(xù)注入去離子水150mL，將上述分離過(guò)程重復(fù)6次，去除殘留的硝酸根離子和氨離子，由此制得純凈的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物；第六步，干燥：將第五步所制得純凈的氧化銦前驅(qū)體膠狀產(chǎn)物在空氣條件下80℃干燥24h，得到干燥的含結(jié)晶水的氧化銦粉末；第七步，高溫?zé)Y(jié)：將第六步所得干燥的氧化銦粉末放入箱式爐中，在空氣條件下用800℃溫度燒結(jié)2h，將水分排出后自然冷卻至室溫，得到燒結(jié)后的氧化銦粉末；第八步，研磨過(guò)篩，最終制得納米In2O3粉末：將第七步所得到燒結(jié)后的氧化銦粉末放入瑪瑙研磨中，研磨20min后，使用400目金屬篩將粉末篩選，最終制得納米In2O3粉末，密封干燥保存待用于丙酮?dú)饷魝鞲衅鳌⒈緦?shí)施例制得的納米In2O3粉末用以丙酮?dú)怏w的氣敏測(cè)試的方法同實(shí)施例1。上述實(shí)施例中所涉及的原料和設(shè)備均通過(guò)公知途徑獲得，所涉及的工藝是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所能掌握的。