PPy-SnO2復合納米纖維的制備及其氣敏性能研究.pdf

1、用于氣體傳感器的敏感材料包括無機氧化物半導體材料和有機導電聚合物材料。以SnO2、ZnO為代表的氧化物半導體敏感材料因具有響應快、價格便宜、靈敏度高等優點而得到了迅速發展，然而氧化物半導體同時也存在選擇性差、工作溫度高等缺點，而有機導電聚合物敏感材料則可以在室溫下進行氣體探測，但響應度低、響應恢復慢等缺點影響了其發展。研究表明將無機半導體氧化物材料與有機導電聚合物材料復合有利于大幅提高材料的氣敏特性，有機/無機復合敏感材料已經引起了研究

2、者的廣泛關注。首先通過靜電紡絲法制備SnO2基納米纖維，然后采用化學氧化聚合法制備PPy/SnO2基復合納米纖維氣敏材料，系統研究SnO2形貌、PPy聚合條件及含量、金屬元素摻雜對材料氣敏性能的影響。具體研究工作如下：
　　1.采用靜電紡絲法制備純的SnO2納米纖維，探究靜電紡絲前驅液中氯化錫(SnCl2)、聚乙烯吡咯烷酮（PVP），N-N二甲基甲酰胺（DMF），無水乙醇各參數量的配比和燒結工藝對SnO2形貌的控制作用。在氯化錫（

3、SnCl2）、N-N二甲基甲酰胺，無水乙醇參量不變的情況下，PVP質量少（0.5g），燒結升溫速率慢(2℃/min)的情況下，制備出的SnO2納米纖維是實心的，PVP質量多（0.7g），燒結升溫速率高(10℃/min)的情況下，制備出的SnO2納米纖維是空心的。實驗還探討了SnO2納米纖維和納米管纖維對乙醇的氣敏性能，SnO2納米纖維對100ppm酒精的靈敏度是2.6，SnO2納米纖維對100ppm酒精的靈敏度是40，SnO2納米管纖維

4、對乙醇的氣敏性能要明顯優于SnO2納米纖維。
　　2.采用氣相化學聚合法和液相化學聚合法在SnO2納米纖維表面包覆一層p型導電聚合物PPy膜，研究將p型PPy與n型SnO2復合以后材料的氣敏性能。氣相聚合時間的長短會影響PPy/SnO2復合納米材料的氣敏性能，實驗發現氣相聚合5min所得到的PPy/SnO2復合納米材料對50ppmNO的靈敏度是2.8，要高于氣相聚合2min和10min所得到的復合納米材料。通過液相化學聚合法制備的

5、PPy/SnO2復合納米材料對5ppmNO的靈敏度是8.7，液相化學聚合法制備的PPy/SnO2復合納米材料對NO的氣敏性能要優于氣相化學聚合法。檢測結果發現，通過液相化學聚合法得到的PPy/SnO2復合納米纖維相比于純的SnO2納米纖維對NO的選擇性和靈敏度有很大提高，并且大大降低了氣敏測試的工作溫度。實驗還發現，當PPy/SnO2復合納米材料中PPy的質量比為20：100時，PPy/SnO2復合納米纖維的電學特性將實現n型到p型的轉

6、變。
　　3.以PPy/SnO2復合納米纖維為溝道材料來構筑底柵場效應管，分別測試復合納米纖維在室溫下和120℃下的I-V特性曲線以分析復合納米纖維的電學性能，另外實驗還研究了在120℃下PPy/SnO2復合納米纖維對NO的i-t特性曲線以分析復合材料對NO的氣敏性能，實驗發現當VDS=40，VGS=50時，PPy/SnO2復合納米材料對20ppmNO的靈敏度平均值是在7.03。
　　4.半導體材料的氣敏響應主要是一種表面反

7、應過程，受表面吸附和表面化學反應的影響。通過對SnO2納米纖維進行金屬元素摻雜來改變納米材料的氣敏性能，實驗發現10％In-SnO2納米纖維對500ppm酒精的靈敏度達到70，3%La-SnO2納米纖維對500ppm酒精的靈敏度達到89，1%Sb-SnO2納米纖維對500ppm酒精的靈敏度達到56，純SnO2納米纖維對500ppm酒精的靈敏度達到55，La-SnO2納米纖維相比于純SnO2對酒精的靈敏度大大提高。于是以La-SnO2納米