金屬氧化物納米線氣體傳感器及纖維網(wǎng)空氣過濾薄膜的研究.pdf

1、人類文明的飛速發(fā)展，特別是工業(yè)文明的突飛猛進，為我們創(chuàng)造了更加便捷的生活方式，但工業(yè)廢物的排放也給人類生存的環(huán)境帶來了很多危害。環(huán)境污染已成為我們不可回避的一大議題，其中大氣污染更是時刻威脅著每個人的生命健康。因此，如何快速、有效地檢測環(huán)境中的有毒有害氣體顯得尤為重要。近年來，科學家們致力于有害氣體檢測及過濾的研究，許多材料被應用于氣體傳感器的制備研究，而納米材料的發(fā)展和應用也使得氣體檢測和過濾技術有了進一步發(fā)展。與傳統(tǒng)材料相比，納米材

2、料具有獨特的理化及生物特性。其作為傳感材料或氣體過濾材料，具備優(yōu)異的吸附功能，其相應的氣敏性、選擇性、穩(wěn)定性等也是傳統(tǒng)材料無法比擬的。
　　基于納米材料的氣體傳感器在有毒有害氣體的檢測領域具有非常廣泛的應用及發(fā)展前景。在本論文中，我們利用靜電紡絲法制備一維材料金屬氧化物半導體納米材料，并研究了金屬氧化物半導體納米線在氣體傳感器方面的應用，同時也研究了聚合物納米線對有害氣體的過濾性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)基于一維Sn

3、O2納米纖維的乙醇氣體傳感器研究:利用靜電紡絲法，以高聚物為紡絲載體，加入金屬鹽溶液后經(jīng)高壓電場的作用合成一維納米纖維，再經(jīng)高溫煅燒將聚合物納米線分解得到金屬氧化物納米線。本文使用二水合氯化錫(SnCl2·2H2O)為金屬鹽前驅(qū)體，紡絲后經(jīng)高溫煅燒得到SnO2納米纖維，并將其制成氣體傳感元件。我們測試了該元件對乙醇氣體的氣敏性能，雖然靈敏度并不高，但重復性和長期穩(wěn)定性較好，作為進一步研究合成異質(zhì)結(jié)納米線的基礎。
　　(2)基于p-

4、NiO/n-SnO2納米線異質(zhì)結(jié)的乙醇氣體傳感器研究:靜電紡絲法不僅可以制備單一材料的金屬氧化物納米纖維，還可以制備多種金屬氧化物混合的納米纖維。若利用不同性質(zhì)的半導體材料即可制得p-n異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，可以大大增強材料的傳感性能。本文利用該法制備了p-NiO/n-SnO2異質(zhì)結(jié)，并將該納米線制成固體氣體傳感元件。經(jīng)檢測，在300℃時，該氣敏元件對乙醇氣體具有較高的靈敏度及較低的檢測下限，并且響應時間和恢復時間均較短，分別為:2.9秒、4.7

5、秒。此外，相對其它氣體（如H2S、CO、NH3和丙酮等），該傳感元件對乙醇氣體的選擇性較好。
　　(3)基于三維NiO納米片的甲醛傳感器:三維結(jié)構(gòu)的Ni(OH)2納米片是通過簡單溶液法反應得到的，再經(jīng)過在空氣中的高溫退火就可以得到NiO納米片，退火后的材料尺寸變小且三維結(jié)構(gòu)更加明顯。基于該材料的氣體傳感元件在150℃時對甲醛氣體有一定的氣體響應，但重復性不好;且對不同的參考氣體的響應并不具備單一選擇性;在穩(wěn)定性方面也不具備優(yōu)勢，但

6、是這為我們研究三維納米材料奠定了基礎。
　　(4)基于聚丙烯腈(PAN)纖維網(wǎng)的高效能PM2.5過濾器的制備:靜電紡絲方法制備納米纖維不但效率高、成本低且產(chǎn)品質(zhì)量好。本文用該法制得了功能化的PAN纖維網(wǎng)，即在PAN紡絲原液中摻入聚醚酰亞胺(PEI)，利用其較強的極性吸附更多的PM2.5顆粒。同時利用其官能團可與甲醛氣體相結(jié)合的特點，產(chǎn)生化學吸附。我們發(fā)現(xiàn)該合成材料對PM2.5顆粒和甲醛均具有較高的去除效率。使得該材料具備了多種過濾