导电高分子/无机半导体氧化物纳米复合气敏材料的制备和敏感特性研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuzhic
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气体传感器在现代社会诸多领域有着重要的应用,其发展受到广泛重视。制备纳米复合敏感材料以提高其响应特性,成为当前气体传感器研究的热点之一。本论文采用水热法处理含有金属盐前驱体的静电纺丝纳米纤维,简便地实现了SnO2、Fe2O3和Ti02纳米片在基底上低温(最佳温度135℃)原位生长,避免了高温灼烧纳米纤维和二次分散纳米材料;将其分别与聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPy)复合,制备了纳米复合气敏材料,并实现敏感材料与基底的良好接触,构建了复合气体传感器。通过FT-IR、XRD、SEM、HRTEM、XPS、EDAX等手段,表征了复合气敏材料的组成、微观结构以及形貌。研究了复合气体传感器在室温下对氨气的响应特性,考察了气敏材料的组成、形貌特性等对响应特性的影响,并优化其敏感特性,获得了室温响应的高性能NH3传感器,探讨了其敏感机理。采用静电纺丝法制备含有SnCl2前驱体的纳米纤维,经水热处理在基底上原位沉积Sn02纳米片,探讨其生长机理。通过气相聚合和溶液浸涂可分散PANI等方法,在Sn02纳米片上分别沉积PANI和PPy,制备复合气体传感器,其对于NH3的室温响应特性优于单一组分传感器。其中,SnO2/PANI气体传感器对NH3具有很高响应灵敏度(对10.7 ppm NH3灵敏度-3700%),超低检测限(~46ppb),以及较好的回复性和选择性;SnO2/PPy气体传感器的响应特性受到掺杂酸种类及聚合时间的影响;其室温下对1-10.7 ppm NH3电阻相对变化达6.2%/ppm,检测限为257ppb,同时具有较好的回复性和选择性。提出Sn02与导电高分子间形成的p/n结显著提高了复合传感器的响应灵敏度;复合物的纳米结构也促进了其敏感特性的提高。水热处理分别含有FeCl3和钛酸四丁酯(TBT)前驱体的电纺纳米纤维,在基底原位生长Fe203和Ti02纳米片,在其上浸涂水分散PANI,制备了Fe2O3/PANI和TiO2/PANI复合气体传感器,其在室温下对NH3具有较高的响应灵敏度(Fe2O3/PANI对10.7 ppm NH3灵敏度-3000%;TiO2/PANI对10ppm NH3灵敏度-2800%)、较好的回复性和优异的选择性,且响应特性均优于单一组分传感器,均说明了导电高分子与无机半导体氧化物二者间存在着明显的协同效应。
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