PPy-SnO2復(fù)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(dǎo)體材料和有機導(dǎo)電聚合物材料。以SnO2、ZnO為代表的氧化物半導(dǎo)體敏感材料因具有響應(yīng)快、價格便宜、靈敏度高等優(yōu)點而得到了迅速發(fā)展，然而氧化物半導(dǎo)體同時也存在選擇性差、工作溫度高等缺點，而有機導(dǎo)電聚合物敏感材料則可以在室溫下進行氣體探測，但響應(yīng)度低、響應(yīng)恢復(fù)慢等缺點影響了其發(fā)展。研究表明將無機半導(dǎo)體氧化物材料與有機導(dǎo)電聚合物材料復(fù)合有利于大幅提高材料的氣敏特性，有機/無機復(fù)合敏感材料已經(jīng)引起了研究

2、者的廣泛關(guān)注。首先通過靜電紡絲法制備SnO2基納米纖維，然后采用化學(xué)氧化聚合法制備PPy/SnO2基復(fù)合納米纖維氣敏材料，系統(tǒng)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(qū)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(shù)量的配比和燒結(jié)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(zhì)量少（0.5g），燒結(jié)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(zhì)量多（0.7g），燒結(jié)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(yōu)于SnO2納米纖維。
　　2.采用氣相化學(xué)聚合法和液相化學(xué)聚合法在SnO2納米纖維表面包覆一層p型導(dǎo)電聚合物PPy膜，研究將p型PPy與n型SnO2復(fù)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(fù)合納米材料的氣敏性能，實驗發(fā)現(xiàn)氣相聚合5min所得到的PPy/SnO2復(fù)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(fù)合納米材料。通過液相化學(xué)聚合法制備的

5、PPy/SnO2復(fù)合納米材料對5ppmNO的靈敏度是8.7，液相化學(xué)聚合法制備的PPy/SnO2復(fù)合納米材料對NO的氣敏性能要優(yōu)于氣相化學(xué)聚合法。檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過液相化學(xué)聚合法得到的PPy/SnO2復(fù)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(fā)現(xiàn)，當PPy/SnO2復(fù)合納米材料中PPy的質(zhì)量比為20：100時，PPy/SnO2復(fù)合納米纖維的電學(xué)特性將實現(xiàn)n型到p型的轉(zhuǎn)

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

7、應(yīng)過程，受表面吸附和表面化學(xué)反應(yīng)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(fā)現(xiàn)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