基于还原氧化石墨烯—氧化铟复合材料的二氧化氮气体传感器的研究

发布时间：2021-11-05 03:50

　　二氧化氮（NO2）是一种典型的大气污染气体,在工业废气、汽车尾气排放及农业焚烧过程中有大量的NO2产生。NO2在大气反应场中有助于PM2.5的二次颗粒物的形成,是雾霾的主要成因之一,它也是形成光化学烟雾和酸雨的主要原因,严重破坏生态环境。另外,NO2还会刺激呼吸系统,危害身体健康。因此,开发高性能NO2气体传感器对于身体健康以及环境保护都意义重大。半导体金属氧化物传感器由于其灵敏度高、响应恢复速度快等优点得到了广泛的应用。氧化铟（In2O3）是典型的n型半导体氧化物,其对NO2具有较高的选择性响应能力。但纯半导体氧化物气体传感器的工作温度往往较高,不利于低能耗气敏元件的开发。石墨烯自发现以来备受热议,其优异的电学性质及巨大的比表面积,有利于气体传感器室温工作,然而石墨烯片层间存在较强的相互作用力,易于聚集堆叠,影响气敏性能。通过石墨烯与半导体氧化物的复合,可以防止石墨烯片层堆叠,是改善室温传感材料敏感性能的有效途径。为了满足实际应用中对传感器高灵敏度的需求,本论文中分别制备了两种不同分级结构In2O3与石墨烯的复合材料以及石墨烯气凝胶支撑的In2O3复合材料,通过复合材料的协同效应提升... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

半导体电阻型气敏元件结构示意图

与气体分压以及工作温度，对比不同温度下的响应恢复时间和灵敏度后，确佳工作温度范围为 150-200℃[8]。Marzbanrad E.等人通过交流电泳沉积法（EP交流电频率为变量制备了一系列 In2O3材料，并与沉积法（Sedimentation）的元件进行对比，EPD 制备的器件对于 NO2的气敏性质更佳，在 200℃下对pm NO2的灵敏度约为 4[9]。徐甲强教授及其团队通过溶剂热方法制备了多孔玉型 In2O3纳米片，其在 250℃对 50 ppm NO2的灵敏度达到 164，与无孔的型 In2O3纳米片相对，气敏性质提升了 2 倍[10]。吉林大学先进传感技术研究用水热法制备了中空 In2O3微球，并探究了随着水热反应的进行其形貌的演程，最终得到的 In2O3中空微球对 500 ppb NO2的灵敏度达到 320，且工作温低（80℃）[11]。还分别采用维他命 C 辅助微波水热法以及溶剂热法，制备了状、棒花状以及片花状 In2O3材料（如图 1.2），这些材料对 NO2的响应都很，对 1 ppm NO2的灵敏度都高于 100[12]-[14]。

图 1.3 还原氧化法制备石墨烯示意图[22]理论上石墨烯是碳原子以六方蜂窝状结构组成的单层薄膜，而通过上述方法制得的材料都存在些许缺陷。氧化还原法的还原步骤不能完全将 GO 上存在的含氧基团全部去除，制得的 rGO 只能称为广义的石墨烯，其导电性能不如理想石


本文编号：3477015