中空SnO2納米纖維的摻雜、修飾及其氣敏特性.pdf

1、氣敏材料是氣敏傳感器的關(guān)鍵，它是直接與分析氣體接觸發(fā)生氣敏反應(yīng)，并將信息反映到系統(tǒng)中以供檢測(cè)。半導(dǎo)體金屬氧化物具有靈敏度高、響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)，而且成本較低，是非常理想的氣敏材料。但是，純半導(dǎo)體金屬氧化物的靈敏度不夠高，且選擇性較差。所以，我們選擇對(duì)純的SnO2材料進(jìn)行改性研究。
　　本文中，主要通過(guò)兩個(gè)方面來(lái)提高SnO2材料的氣敏性能:首先，通過(guò)靜電紡絲法結(jié)合煅燒制備中空結(jié)構(gòu)的SnO2納米纖維，提高了活性面積;另外

2、，對(duì)中空SnO2納米纖維進(jìn)行Ni摻雜或用α-Fe2O3納米棒進(jìn)行修飾，在接觸界面處形成異質(zhì)結(jié)，提高氣敏性能。具體工作如下:
　　1.制備不同組分和形貌的Ni摻雜SnO2納米纖維，發(fā)現(xiàn)在10℃/min時(shí)進(jìn)行熱處理會(huì)形成中空結(jié)構(gòu)。隨后，進(jìn)行兩個(gè)不同系列對(duì)比:首先，對(duì)比不同含量Ni摻雜的SnO2中空納米纖維的氣敏性能，發(fā)現(xiàn)Ni摻雜后的SnO2納米纖維相比較于純SnO2，其對(duì)丙酮?dú)怏w的響應(yīng)值都有不同程度升高，其中5at.％Ni摻雜SnO2

3、中空納米纖維的性能最高，所以選擇5 at.％Ni為最優(yōu)摻雜量。然后，對(duì)比不同升溫速度下5 at.％Ni摻雜SnO2，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中空纖維比實(shí)心纖維性能得到更大提升，這是由于中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)外表面都具有高的活性。因此，5 at.％Ni摻雜的SnO2中空納米纖維具有最優(yōu)的氣敏性能，它在340℃下對(duì)100 ppm丙酮的靈敏度可以達(dá)到64.9，對(duì)2 ppm丙酮?dú)怏w仍具有13.5的響應(yīng)值。
　　2.對(duì)中空的SnO2納米纖維進(jìn)行表面修飾。通過(guò)水熱并

4、結(jié)合煅燒在中空SnO2納米纖維表面生長(zhǎng)一層α-Fe2O3納米棒，制備分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的SnO2/α-Fe2O3中空纖維。對(duì)其進(jìn)行氣敏測(cè)試后發(fā)現(xiàn):分級(jí)結(jié)構(gòu)的SnO2/α-Fe2O3納米纖維材料在340℃下對(duì)乙醇和丙酮都具有良好的反應(yīng)，對(duì)100 ppm的丙酮和乙醇的響應(yīng)值分別可以達(dá)到30.363和20.370，且響應(yīng)和恢復(fù)速度比純SnO2和α-Fe2O3納米結(jié)構(gòu)都有很大的提升，這都?xì)w因于其特殊的分級(jí)結(jié)構(gòu)以及在SnO2和α-Fe2O3界面處形成的