【摘 要】
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近年来,气体传感器在环境有害气体和人体呼出气体标志物检测等领域的应用日益增多。传统的无机金属氧化物半导体式气体传感器的工作温度高、能耗大等缺点,限制了其在低功耗和便携等领域的应用,因此开发室温工作、能耗小和响应高的气体传感器成为了本领域的一个研究热点。本文分别制备了聚苯胺（PANI）和三氧化钨-聚苯胺（WO3-PANI,简称W-P）气敏材料,针对环境有害气体和人体因疾病呼出气体中常见的氨气和丙酮进
【基金项目】
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国家自然科学基金（61874018）； 辽宁省自然科学基金（20180550923）；
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近年来,气体传感器在环境有害气体和人体呼出气体标志物检测等领域的应用日益增多。传统的无机金属氧化物半导体式气体传感器的工作温度高、能耗大等缺点,限制了其在低功耗和便携等领域的应用,因此开发室温工作、能耗小和响应高的气体传感器成为了本领域的一个研究热点。本文分别制备了聚苯胺（PANI）和三氧化钨-聚苯胺（WO3-PANI,简称W-P）气敏材料,针对环境有害气体和人体因疾病呼出气体中常见的氨气和丙酮进行了室温气敏性能研究。通过化学聚合法制备了不同浓度稀HCl酸化的聚苯胺（PANI）气敏薄膜材料的气体传感器,其中HCl浓度分别为0.5 mol/L、1 mol/L和2 mol/L,进行了材料成分及形貌表征,并研究了三种气敏材料在室温下对氨气（NH3）的气敏性能。对比三种材料发现1 mol/L的HCl酸化的PANI-1的纳米颗粒团聚少、比表面积大、气敏响应最好。采用PANI-1传感器在室温下对NH3进行了一系列气敏测试,测得它对1 ppm～1000 ppm NH3均具有良好的气敏响应,对1 ppm的NH3响应达到了1.6,可用于环境有害气体NH3（约48 ppm）和医疗上肾衰竭患者呼出NH3（约1.5 ppm～15 ppm）的检测。测试结果表明,该PANI气体传感器对NH3具有很好的选择性和重复性;环境温度为25℃、湿度为40%RH时,PANI对NH3的响应达到最大值。结合材料表征和气敏性能测试结果,对PANI的NH3气敏机理进行了分析。通过水热合成法制备三氧化钨（WO3）,并将WO3粉末与PANI粉末充分研磨混合得到三氧化钨-聚苯胺（WO3-PANI）复合气敏材料。WO3和PANI的比例分别为0:1（纯PANI）、1:1、10:1、50:1、100:1、200:1、400:1、500:1、1000:1和1:0（纯WO3）,进行了材料成分及形貌表征,并研究了这几种传感器在室温下对丙酮的气敏性能。n-WO3与p-PANI复合后,W-P复合材料呈现p型半导体特性,对丙酮的响应随材料中WO3比例的升高先增大后减小,且W-P（100:1）对丙酮的响应最高。采用W-P（100:1）复合传感器在室温下对丙酮进行了一系列的气敏测试,测得它对10 ppm～200 ppm的丙酮具有良好的气敏响应,对10 ppm丙酮的响应为1.03,可用于环境有害气体丙酮（约150 ppm）和重症糖尿病患者呼出丙酮（约21 ppm）的检测。测试结果表明,W-P复合传感器对丙酮具有很好的选择性和重复性;环境温度为25℃、湿度为40%RH时,W-P对丙酮的响应达到最大值。结合材料表征和气敏性能测试结果,对W-P复合材料的丙酮气敏机理进行了分析。
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