层状双金属氢氧化物基气敏传感器的制备及性能研究

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环境保护和人类健康的迫切需求使安全可靠的气体检测一直以来都是一个具有重要研究意义的课题。事实上气敏传感器的发展是随着实际需求而进步的。早期的气敏传感器主要用于检测有毒有害气体、易燃易爆气体在空气中的含量是否超标,从而尽可能保证人类的健康和安全。生态环境和人类生活需求的不断发展促进了气体传感器的多样化,另外其应用方向也逐渐地由单一的高浓度环境检测向需要更低检测极限的食品安全、医学诊断、酒驾检测等领域扩展。针对气体传感器目前的研究与发展趋势,本论文研究制备了层状双金属氢氧化物基气敏传感器,获得了高灵敏度、快响应恢复特性及低检测极限的优良气体敏感特性,可分别用于对低浓度乙醇、氨气的选择性室温检测。首先通过水热法实现了三维花形层状分级结构的层状双金属氢氧化物的可控制备,然后从两个方面对制备得到的层状双金属氢氧化物进行改性:一方面,采用葡萄糖还原法实现银纳米颗粒对层状双金属氢氧化物的表面修饰,通过调控银纳米颗粒的覆盖率,得到了最佳银覆盖率的复合结构。实验结果表明,三维花形层状分级结构的层状双金属氢氧化物气敏传感器在室温下对乙醇气体具有快速动态响应特性。银纳米颗粒修饰的复合结构传感器在室温下对5~200ppm乙醇气体的响应值约是纯层状双金属氢氧化物的两倍;最低检测极限达到5 ppm;实现了响应时间和恢复时间分别小于10 s和50 s的快速响应-恢复特性。另一方面,采用原位化学氧化聚合法制备了聚苯胺/层状双金属氢氧化物有机无机复合结构气敏传感器。实验结果表明,在室温下复合结构气敏传感器对50ppm氨气的响应值比单一组分的纯层状双金属氢氧化物和聚苯胺分别提高了20倍和2倍;最低检测极限达到200 ppb;该复合传感器具有良好的长期稳定性和瞬时响应特性,响应时间在3s以内。此外本论文还通过构建相应的气敏模型对以上两个方面的复合传感器的气敏机理进行了详细阐述。
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