SnO2/rGO复合涂层织物的制备及气敏性研究

来源 :东华大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangchaofmm
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
工农业生产、汽车尾气排放会产生大量的氨气(NH3),它作为一种有毒的刺激性气体,长期处于高于25 ppm的NH3气氛中会对人体的呼吸系统、皮肤、眼睛等造成损伤;此外,氨气存在于人体呼出气体中,是一种重要的生理指标。随着气体传感器和柔性电子器件的不断发展,研究者们将目光转向了可在室温下对待测气体进行实时检测的柔性气体传感器。SnO2因其对多种气体的高灵敏度响应,是气体传感材料的重要组成部分。为降低SnO2的工作温度,学者们从减小晶粒尺寸、设计低维纳米结构、设计SnO2复合传感材料等方面展开了研究。还原氧化石墨烯(rGO)具有优异的电导率和化学稳定性,将其与SnO2复合,可以极大地减小传感器的电阻,能一定程度上改善气体传感性能,并实现室温下的气体检测。目前,柔性气体传感器的制备一般是将预制备的传感材料以物理吸附的方式沉积在柔性基材表面成膜,在使用过程容易发生磨损和脱落。本文提出了一种新型的柔性气体传感器制备方法,借助Sn4+和GO间的静电吸引力,以层层自组装的方式在预处理过的聚酰亚胺织物表面形成稳定的多层膜,然后采用水热法使Sn4+和GO在织物表面原位成核和还原得到SnO2/rGO复合涂层织物,以期得到均匀分散的小粒径SnO2,并增强SnO2和rGO的相互作用以及涂层的牢固度。论文主要内容和结论如下:(1)采用静电层层自组装的方式在预处理的聚酰亚胺(PI)织物表面涂覆Sn4+和GO,并通过原位水热法在织物表面原位生长得到SnO2/rGO复合涂层。通过拉曼光谱、扫描电镜、X射线衍射仪和静态气体测试系统表征了不同实验条件下样品的形貌结构、导电性能和氨气传感性能。结果表明:Sn4+/GO浓度比为100(m M/mg·mL-1)时,将Sn4+和GO在PI表面循环涂覆5次,于180℃的水热釜中反应16h,制得的PI-SnO2/rGO在室温下对200 ppm氨气的灵敏度最高。复合涂层中SnO2纳米粒子分散均匀,粒径约为3 nm。随着初始GO羧基化程度的下降,SnO2纳米粒子粒径稍有增大,SnO2 NPs和rGO的相互作用减弱。(2)室温下测试最佳工艺条件下制备的复合涂层织物的氨气传感性能,PI-SnO2/rGO表现为n型传感,对100 ppm NH3的响应值为5.16%,具有较快的响应速度(94 s/57 s);传感器对50~400 ppm NH3的检测表现出良好的线性响应(R~2=0.995);传感器对氨气的响应值也高于干扰行气体,选择性好;器件表现出良好的连续测量重复性和长期稳定性;织物传感器在不同湿度条件下(42%~65%)灵敏度变化率<5%,具有较好的稳定性;通过显微拉伸仪对复合涂层织物拉伸2000次后,灵敏度损耗仅为3%,表现出优异的耐机械变形性。随着初始GO羧基化程度对下降,PI-SnO2/rGO*则表现为p型传感,对100 ppm NH3的响应值为11.3%,响应和恢复时间较长(1000 s/267 s),这主要归结于NH3分子作用位点的改变,NH3由SnO2表面转为与rGO片层表面接触,且SnO2和rGO的电荷传输作用减弱。本文提供了一种新型织物基气体传感器的制备方法,简单可控,传感器表现出良好的稳定性,可在柔性气体传感器和可穿戴电子器件等领域中推广这一方法。
其他文献
石墨烯(Gr)内部碳原子的排列方式和石墨单原子层一样以sp~2杂化轨道成键,各类碳材料的基本结构,其高比表面积为2630 m~2·g-1,比石墨和碳纳米管大。因此,石墨烯基纳米材料被认为是水污染物吸附材料中极具潜力的一种。然而,氧化石墨烯(GO)具有纳米级和高分散性等缺点,难以重复使用吸附剂,石墨烯片之间因其范德华相互作用而容易团聚,使吸附性能降低等问题。复合是一种行之有效的方法。本文以GO为前驱
学位
因其综合磁性能优异,钕铁硼永磁材料被广泛应用于电子信息、新能源汽车、医疗设备等领域。2020年稀土永磁材料产量接近20万吨,巨大的产量使不可再生的Nd、Pr和Dy等稀土资源消耗严重。另外,钕铁硼永磁材料在中低端产品应用中性价比过低。基于此近年来一种新型永磁材料铈铁硼应运而生,在2020年产能达5万吨以上,且规模有不断扩大的趋势,与钕铁硼磁体相似,从中回收稀土也将是稀土产业可持续发展面临的重要课题。
学位
本文利用真空感应炉成功冶炼了符合国家标准成分的U75V重轨钢以及含有8ppm、32 ppm、42 ppm稀土Ce的U75V钢作为研究对象,研究了稀土Ce含量及热处理制度对实验钢中夹杂物及力学性能的影响。研究过程包括文献调研、热力学计算、配料计算、冶炼实验钢、成分检测、实验钢轧制、热处理、夹杂物分析、显微组织分析、硬度分析、冲击性能分析、拉伸性能分析及磨损性能分析。通过热力学计算可以发现,未加稀土C
学位
新能源汽车的日益发展推动了人们对镍氢动力电池领域的研究进程,在类型众多的储氢合金之中,Ti Fe系储氢合金以其成本低廉和储氢容量高等特点脱颖而出,逐渐成为现代研究者所青睐的研究对象之一。本文选定了Ti1.1Fe0.6Ni0.3Zr0.1Mn0.2合金作为研究对象,先是采用了元素替代的方法探究了不同La的替代量对铸态合金的微观结构,电化学性能和电化学动力学的影响。结果显示合金由Ti(Fe,Ni)和Z
学位
航空轮胎用胶国产化是国内橡胶行业亟需攻克的难题之一,进口烟片胶主要用于制备航空轮胎。以印尼1号烟片胶和国产全乳标准胶为材料,对比进口烟片胶和国产标准胶在生胶、硫化胶性能方面的差异。结果显示:烟片胶生胶表现出较低的表观粘度,硫化胶的硫化速度较快,硫化时间短;烟片胶硫化胶的交联密度、拉伸强度比国产标准胶高;在动态性能方面,烟片胶表现出较高的储能模量和较低的损耗因子。相比于国产全乳标准胶,烟片胶更适用于
期刊
以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),聚丙二醇(PPG-500)和三乙醇胺(TEA)为原料,以二十烷为囊芯,采用界面聚合法制备一种微胶囊相变材料。采用红外光谱(FTIR)研究了聚氨酯/二十烷微胶囊的化学结构,采用扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜(OM)分析了乳化剂种类和用量、反应温度和搅拌速率等工艺条件对这种微胶囊的形成过程、表面形貌、粒径大小及分布和壁厚的影响。微胶囊形貌呈现规则球形,囊壁致密性
期刊
聚苯硫醚(PPS)是一种本征阻燃的耐高温材料,性价比优势较为突出,具有应用于耐火防护织物的潜在可能,但是PPS燃烧过程中激发态氧和游离基的产生及其对分子链的进攻,降低交联炭化效率,使炭层疏松,导致总热释放和热释放速率高,烟释放现象显著,不利于人身保护。为此,本文通过引入具有催化功能的三氧化二铁(Fe2O3),促进PPS燃烧中的交联-炭化反应,并引入石墨烯作为高效的热质屏障,通过两者协同作用促进炭层
学位
为有效解决黄河堤防工程维修养护工作中存在的雨季水沟浪窝平垫、夯实人工送土难、效率低、耗能高且质量差等弊病,近几年,博爱河务局相关技术人员结合黄河堤防工程堤坡水沟平垫夯实的特性,经过多方案比选、多次试验修改完善,研制出了"遥控履带式推平夯实打药一体机"来满足黄(沁)河堤防工程土方推平夯实维修养护工作。该机在博爱沁河河务局研制并应用成功后,先后在兄弟单位多处工程中得到推广应用,极大改善了维修养护职工平
会议
伴随科技的进步和信息化时代的来临,各类光学元器件逐渐朝着小型化和多功能化的方向发展,这对材料的性能提出了更高的要求。铋层状材料在稀土掺杂的作用下,常具备高效的发光性能,同时,在特定波长光的辐照下,其常会发生明显的光致变色反应,这两种性能结合,使铋层状材料在多维光学防伪和光信息存储领域得到了广泛的研究和应用。再者,由于带隙较窄,铋层状材料又是一种十分优良的半导体催化剂,在工业废水污染日益严重的今天,
学位
球团矿作为高炉炼铁的一种重要原料,在高炉炉料结构中的配比逐年增加。球团矿的还原性质,特别是还原膨胀性,对保证高炉炼铁过程炉料顺行,提高生产效率有重要的影响。本文以改善巴润铁精矿为原料生产的球团矿的还原膨胀性为目标,通过研究配加不同含量B2O3的巴润球团矿的成品球强度、还原膨胀率、还原度以及逐级还原过程球团矿的体积变化,揭示了B2O3对巴润球团矿还原膨胀性的影响,主要结论如下:B2O3配比为0.5%
学位