多壁碳納米管的摻雜及其氣敏特性研究.pdf

1、碳納米管具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、大的比表面積和很高的表面能，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的氣敏材料。論文對多壁碳納米管的摻雜處理及其對甲醛和二甲苯這兩種有機(jī)揮發(fā)物的氣敏特性進(jìn)行了初步的研究。
　　 室溫下，碳納米管被認(rèn)為是p型摻雜的半導(dǎo)體，基于多壁碳納米管的傳感器氣敏膜吸附了還原性的有機(jī)氣體分子后，碳管表面的空穴載流子會減少，從而導(dǎo)致氣敏膜的導(dǎo)電性能減弱。在恒定的電壓下，通過檢測傳感器的電流的變化對其電導(dǎo)的變化量進(jìn)行衡量。傳感器電導(dǎo)的變化

2、與所吸附的待測氣體的濃度成一定的比例關(guān)系，氣體濃度越大，電流降幅也隨之增大。
　　 室溫下，多壁碳納米管對甲醛和二甲苯兩種氣體顯示出良好的靈敏度和選擇性，且響應(yīng)非常穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，對多壁碳納米管進(jìn)行了超聲摻雜陽離子，化學(xué)還原摻雜Pd，電化學(xué)還原摻雜Pd，以及直接用縮合劑在多壁碳納米管表面修飾十二胺等處理，并測試了摻雜前后多壁碳納米管對甲醛和二甲苯的氣敏響應(yīng)的變化。不同方法改性后的多壁碳管對于兩種待測氣體的靈敏度和選擇性均有一定

3、變化。摻雜的金屬粒子的大小和均勻程度對傳感器的響應(yīng)影響較大?；瘜W(xué)還原鍍鈀處理后傳感器的氣敏性能提升最為明顯，且對兩種氣體的選擇性增強(qiáng)。
　　 為了進(jìn)一步提高傳感器的選擇性，對多壁碳納米管進(jìn)行了多重?fù)诫s的處理。對化學(xué)還原鍍鈀后的多壁碳納米管繼續(xù)進(jìn)行電化學(xué)鍍鈀處理，并測試碳管的氣敏性能;將十二胺修飾的多壁碳納米管涂布于定向碳納米管陣列表面，作為具有立體結(jié)構(gòu)的復(fù)合氣敏材料。這兩種方法制備的碳納米管復(fù)合氣敏材料對待測氣體均顯示出良好的選

4、擇性，證明多重?fù)诫s是非常有潛力的一種提升多壁碳納米管選擇性氣敏響應(yīng)的制備方法。
　　 摻雜不同的納米顆粒后，多壁碳納米管表面與吸附的氣體分子之間的電荷轉(zhuǎn)移會因?yàn)榧{米顆粒的催化作用而發(fā)生改變?；瘜W(xué)還原鍍鈀后，Pd粒子可以強(qiáng)化二甲苯分子與碳管之間的電荷交換，從而大幅度的提升碳管對其的氣敏響應(yīng);修飾了十二胺的多壁碳納米管則由于長烴鏈的空間阻隔作用，對二甲苯的氣敏響應(yīng)不顯著，而對小分子的甲醛顯示出較高的靈敏度和選擇性。論文對基于多壁碳納