rGO-ZnO基納米纖維的制備及其氣敏性能研究.pdf

1、氣體傳感器作為檢測(cè)氣體成分及濃度的重要工具在眾多領(lǐng)域扮演著十分重要的角色，金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器因價(jià)格低廉、靈敏度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)而受到了眾多科研工作者的青睞，其中擁有寬禁帶寬度、大激子束縛能的 ZnO納米材料是一種優(yōu)良的氣敏材料，被廣泛應(yīng)用于氣體傳感器的研究中。然而，單一的ZnO氣敏材料工作溫度高、選擇性差的問題仍然需要改進(jìn)。自新型碳單質(zhì)石墨烯被發(fā)現(xiàn)后，因其優(yōu)良的性能和潛在的應(yīng)用前景受到了廣泛的關(guān)注。本文將以ZnO納米纖維為基礎(chǔ)材

2、料，通過與微量石墨烯復(fù)合以及金屬摻雜來提高氣敏性能，具體研究工作如下：
　　1.利用靜電紡絲法制備ZnO納米纖維，rGO（還原氧化石墨烯）與ZnO的復(fù)合通過兩種方法進(jìn)行制備，一是將煅燒后的ZnO納米纖維與rGO溶液通過水熱法制備，二是ZnO紡絲前驅(qū)體溶液中，直接加入適量的rGO，經(jīng)紡絲煅燒后直接獲得rGO/ZnO復(fù)合納米纖維。研究表明，通過二步水熱法及靜電紡絲法獲得的rGO-ZnO復(fù)合納米纖維對(duì)H2S的氣敏性能均有明顯的提高。在2

3、00℃的工作溫度下，rGO修飾ZnO納米纖維對(duì)1ppmH2S氣體的靈敏度可達(dá)6.8，是ZnO納米纖維的2.7倍，而rGO/ZnO復(fù)合納米纖維對(duì)1ppmH2S氣體的靈敏度可達(dá)到20.6，是ZnO納米纖維的8.2倍。且在同一溫度下兩種復(fù)合材料對(duì)其他干擾氣體的靈敏度沒有明顯提高，說明通過二步水熱法和直接紡絲獲得的復(fù)合氣敏材料其選擇性均有明顯提高。
　　2.研究了rGO與Cu摻雜ZnO復(fù)合納米纖維的氣敏性能。采用二步水熱法和靜電紡絲直接復(fù)

4、合兩種方式分別制備了 rGO修飾 Cu摻雜 ZnO納米纖維和rGO/Cu摻雜ZnO復(fù)合納米纖維，測(cè)試了材料的氣敏性能。結(jié)果表明，rGO修飾Cu摻雜ZnO納米纖維在200℃下，對(duì)1ppm H2S氣體靈敏度可達(dá)到43。而rGO/Cu摻雜ZnO復(fù)合納米纖維在工作溫度為100℃時(shí)對(duì)1ppm的H2S的靈敏度可高達(dá)169，比Cu摻雜ZnO納米纖維的靈敏度提高了57倍，比ZnO納米纖維的靈敏度提高了66倍，并且rGO/Cu摻雜ZnO復(fù)合氣敏材料的最佳

5、工作溫度相比ZnO納米纖維及rGO修飾Cu摻雜ZnO納米纖維均明顯降低，說明通過靜電紡絲復(fù)合rGO的方法更大程度的優(yōu)化了氣敏性能。
　　3.研究了rGO與In摻雜ZnO復(fù)合納米纖維的氣敏性能。采用二步水熱法和靜電紡絲直接復(fù)合兩種方式分別制備了 rGO修飾 In摻雜 ZnO納米纖維和rGO/In摻雜ZnO復(fù)合納米纖維。通過SEM表面形貌測(cè)試發(fā)現(xiàn)，In的摻雜改變了ZnO納米纖維的表面形貌，在ZnO納米纖維表面均勻分布著直徑極小的In2