【摘 要】
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NO2作为一种常见的空气污染物,危害生态环境并威胁着人们的健康。因此,对NO2气体进行有力检测与监控变得尤为重要。气体传感器能够有效监控环境中的有毒有害气体。其中,金属氧化物半导体气体传感器因其具有响应速度快、灵敏度高、重量轻、成本低等优势而被广泛应用于NO2气体的监测。目前,研究者们致力于研究各种不同金属氧化物材料对NO2气体的响应性能。在各类传感材料中,In2O3具有宽带隙、低电阻率和较好的化
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NO2作为一种常见的空气污染物,危害生态环境并威胁着人们的健康。因此,对NO2气体进行有力检测与监控变得尤为重要。气体传感器能够有效监控环境中的有毒有害气体。其中,金属氧化物半导体气体传感器因其具有响应速度快、灵敏度高、重量轻、成本低等优势而被广泛应用于NO2气体的监测。目前,研究者们致力于研究各种不同金属氧化物材料对NO2气体的响应性能。在各类传感材料中,In2O3具有宽带隙、低电阻率和较好的化学稳定性,并对NO2气体展现出良好的传感性能。尽管对In2O3传感器的研究已取得了一定的进展,但纯In2O3纳米结构的传感器对NO2气体的响应性能仍有待进一步的提高。研究证明,金属或金属氧化物表面改性能增强In2O3气敏材料的表面活性,促进目标气体在材料表面的吸附与脱附,从而提高In203气敏材料在目标气体中的响应值。本文使用静电纺丝的方法制备In2O3基纳米纤维,并通过贵金属Ag的表面改性用以探究材料在低温下对低浓度NO2的气敏响应。然而,尽管贵金属能极大的提升传感器的响应性能,但高昂的价格限制了贵金属-In2O3传感材料的大规模制备和应用。因此,本文尝试选取低成本的非贵金属-In2O3纳米材料探究其对NO2的响应性能。本文主要研究内容如下:利用静电纺丝方法制备了rGO-In2O3多孔纳米纤维,并利用光沉积的方法制备具有不同摩尔比(0.5%,1%和3%)的Ag-rGO-In2O3复合纳米纤维。通过Ag纳米颗粒的表面修饰,有效地提高了 rGO-In2O3纳米纤维的表面氧(O2-)的吸附能力和比表面积。将样品置于低温下(25℃)探究其对NO2的传感性能。测试结果表明,与rGO-In203纳米纤维相比,Ag-rGO-In203复合纳米纤维具有更高的N02传感响应。在所有复合量的样品中1%Ag-rGO-In2O3表现出最高的灵敏度,其对1000 ppb NO2的气敏响应值高达83.53,是rGO-In2O3纳米纤维的16.6倍。此外,l%Ag-rGO-In203复合纳米纤维还表现出优异的选择性,长期稳定性和较低的检测极限。Ag-rGO-In2O3对NO2气体响应性能提高的主要原因可归因于Ag纳米颗粒和rGO-In2O3纳米纤维之间肖特基势垒的形成。同时,较高的比表面积和较强的表面氧吸附能力增强了样品的电阻调制能力,从而进一步提升了传感器的气敏性能。利用静电纺丝的方法制备纯In2O3多孔纳米纤维,并通过化学气相沉积的方法将Zn粉末热蒸发至In2O3纳米纤维表面,形成Zn金属纳米颗粒修饰的In2O3复合纳米纤维材料。通过Zn纳米颗粒对In2O3纳米纤维进行表面改性,有效提高了样品表面氧(O2-)吸附能力并降低了传感器的电阻。与纯In2O3纳米纤维相比,Zn-In2O3复合纳米纤维表现出更高的传感响应。当测试温度为50℃时,Zn-In2O3传感器的响应值达到最大,其对5ppm NO2的传感响应值高达130.00,是纯In2O3纳米纤维的13.7倍。此外,Zn-In2O3复合纳米纤维对NO2气体还表现出优异的选择性和较低的检测极限,并且在相对高湿的环境下对NO2气体有较高的响应值。Zn-In2O3复合纳米纤维对NO2响应性能的提升主要归因于在Zn纳米颗粒与In2O3纳米颗粒之间形成了欧姆接触。从而增强了样品的电阻调制能力。选用非贵金属材料Zn取代传统的贵金属,可以大大降低生产成本,有利于促进In2O3传感材料的大规模制备和应用。
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