ZnO和導(dǎo)電高分子納米復(fù)合氣敏材料的制備及其敏感特性研究.pdf

1、氣體傳感器在農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，隨著信息社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)傳感器的性能提出了更高的要求。采用納米材料或復(fù)合材料等方法可以顯著改善傳感器的響應(yīng)特性，已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文提出一種靜電紡絲結(jié)合水熱合成方法，在基底上原位制備了納米結(jié)構(gòu)ZnO。通過(guò)水熱條件的改變調(diào)控其形貌結(jié)構(gòu)，得到了ZnO納米粒子和納米片。反應(yīng)在水體系中進(jìn)行，無(wú)需加入有機(jī)溶劑和其它添加劑;同時(shí)避免了高溫灼燒和對(duì)納米材料的二次分散，過(guò)程簡(jiǎn)便易行，具有綠

2、色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。采用氣相聚合方法在ZnO表面沉積聚吡咯(PPy)，制備了PPy/ZnO納米復(fù)合材料;利用FESEM、XRD、FT-IR、HRTEM等手段對(duì)復(fù)合材料的形貌、組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征?？疾炝藦?fù)合物對(duì)于NH3的室溫響應(yīng)特性，研究了ZnO形貌對(duì)復(fù)合物響應(yīng)特性的影響。結(jié)果顯示:ZnO納米片和PPy的復(fù)合物具有最佳的響應(yīng)特性，其對(duì)于10 ppm NH3的電阻相對(duì)變化為76％，比PPy的響應(yīng)靈敏度提高了近30倍,同時(shí)體現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性和良好

3、的重復(fù)性。對(duì)復(fù)合物響應(yīng)機(jī)理的研究表明，復(fù)合物與基底的良好接觸，納米結(jié)構(gòu)帶來(lái)的高比表面積以及PPy和納米ZnO界面形成的p-n結(jié)均有助于復(fù)合物響應(yīng)靈敏度的提升，其中p-n結(jié)的形成具有關(guān)鍵性作用。
　　采用后摻雜法、快混法以及聚合物酸模板法等制備了具有不同形貌結(jié)構(gòu)的可分散導(dǎo)電態(tài)聚苯胺(PANI)。將PANI浸涂于不同納米結(jié)構(gòu)的ZnO表面，或者通過(guò)溶液及氣相聚合方法在納米結(jié)構(gòu)ZnO表面沉積PANI，制備PANI/ZnO納米復(fù)合物，表征了

4、其組成和形貌結(jié)構(gòu)。考察了PANI/ZnO納米復(fù)合物對(duì)于NH3的室溫響應(yīng)特性，研究了ZnO的納米結(jié)構(gòu)、PANI的形貌結(jié)構(gòu)以及制備方法等對(duì)復(fù)合物敏感特性的影響。發(fā)現(xiàn)氣相聚合PANI和ZnO納米片復(fù)合物的響應(yīng)靈敏度最高，對(duì)10 ppm NH3的電阻相對(duì)變化高達(dá)2150％，較PANI提高了10倍。同時(shí)，復(fù)合物具有超低的檢測(cè)限(5 ppb)，優(yōu)異的選擇性和良好的重復(fù)性。探討了復(fù)合物的氣敏響應(yīng)機(jī)理，認(rèn)為納米結(jié)構(gòu)以及ZnO和PANI之間形成的p-n結(jié)