【摘 要】
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甲醛是一种重要的化学原料,用途十分广泛,如家居装修原料,家具等或多或少含有一定的甲醛。一定浓度下的甲醛气体会对人体的健康造成不可逆的损坏,因此实时监控室内甲醛气体浓度就显得至关重要。气敏传感器法是一种有效的气体检测方法,具有成本低廉、操作简单、便于携带、响应恢复快、便于实时监控等优点而被广泛关注。目前研究较多的气敏传感材料主要为半导体材料,是以电子为载流子的n型和以空穴为载流子的p型半导体。n型半
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甲醛是一种重要的化学原料,用途十分广泛,如家居装修原料,家具等或多或少含有一定的甲醛。一定浓度下的甲醛气体会对人体的健康造成不可逆的损坏,因此实时监控室内甲醛气体浓度就显得至关重要。气敏传感器法是一种有效的气体检测方法,具有成本低廉、操作简单、便于携带、响应恢复快、便于实时监控等优点而被广泛关注。目前研究较多的气敏传感材料主要为半导体材料,是以电子为载流子的n型和以空穴为载流子的p型半导体。n型半导体气敏材料的研究较为广泛和成熟,P型半导体气敏材料的研究则相对较少,但近年来p型材料的某些优异特性,如利于气敏传感器中载流子传输而被广泛关注。P型钙钛矿复合氧化物SmFeO3具有成本低、制备工艺简单,有一定的气敏性能,近年来SmFeO3基气敏材料已成为了气敏传感材料研究的热点材料之一。本文以SmFeO3为基体材料,采用沉淀法制备了不同复合比例的米粒状Sm2O3/SmFeO3复合纳米颗粒,并采用氧化石墨烯对Sm2O3/SmFeO3复合纳米颗粒进行改性得到不同复合比例的Sm2O3/SmFeO3@GO复合纳米颗粒,以提高传感器的灵敏度。为了降低SmFeO3基传感器的响应温度,采用静电纺丝法合成了不同比例的Sm掺杂SmFeO3链状镂空纳米管。通过XRD、SEM、TEM和XPS等表征对Sm2O3/SmFeO3、Sm2O3/SmFeO3@GO和Sm掺杂SmFeO3材料的组成、结构、元素价态等进行了简单分析,并分别测试了Sm2O3/SmFeO3、Sm2O3/SmFeO3@GO、Sm掺杂SmFeO3气敏传感器对甲醛的气敏性能。本文的主要研究内容如下:（1）通过沉淀法合成了Sm2O3/SmFeO3复合纳米颗粒,其中Sm的质量比为10%的样品的甲醛气体气敏性能最好,对甲醛气体具有较高的响应值和较短的响应-恢复时间,在190℃下,对10 ppm的甲醛气体响应值达到43.4,响应恢复时间分别为111 s和102 s。（2）利用简单的机械搅拌制备了Sm2O3/SmFeO3@GO复合纳米颗粒,当GO含量为1.25%时,所得复合材料的气敏性能最佳。在响应温度190℃时,对10 ppm的甲醛气体响应值高达144.1,极大的提高了材料的气敏响应。（3）采用静电纺丝的方法合成SmFeO3、Sm掺杂SmFeO3链状镂空纳米管。当Sm的质量比为5%时,对甲醛具有较高的选择性和响应性,Sm掺杂SmFeO3链状镂空纳米管传感器可在120℃下选择性检测甲醛气体,有效降低了SmFeO3基气敏传感器的响应温度。该传感器在120℃下,对10 ppm的甲醛气体响应值达31。针对以上传感器的气敏性能,分析了甲醛气体在材料表面的吸附-脱附机理,及气敏机理。通过调节Sm的投料量、GO的改性量、调控实验方法等制备了一系列的SmFeO3基的气敏传感材料,改性后气敏性能有了很大提高,相比于国内外期刊报道的SmFeO3基的气敏材料,不仅对甲醛有优异的选择性和较高的灵敏度,还在一定程度上降低了传感器的最佳响应温度。
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