DOI: 10.3390/molecules26216475

半导体金属氧化物可以检测低浓度的NO2和其他有毒气体，这在气体传感器领域得到了广泛的研究。然而，大多数关于这些材料气敏特性的研究都是在高温下进行的。在这项工作中，通过静电纺丝和煅烧成功合成了中空SnO2纳米纤维，然后使用ZnO进行表面修饰，以提高SnO2纳米纤维传感器对NO2气体的灵敏度。然后在室温（约20℃）下研究了SnO2/ZnO传感器的气敏性能。结果表明，SnO2/ZnO纳米复合材料对0.5ppm NO2气体表现出高灵敏度和选择性，响应值为336%，远高于纯SnO2（13%）。与纯SnO2相比，SnO2/ZnO-3除了比表面积增加外，还对传感器检测灵敏度产生了积极影响。这种增强可归因于SnO2/ZnO纳米复合材料的异质结效应和选择性NO2物理吸附传感机制。此外，使用简便的丝网印刷工艺，在不同的柔性基材上，例如纸、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚二甲基硅氧烷，印刷图案化的银电极。将银电极与SnO2/ZnO集成到一个柔性可穿戴传感器阵列中，在10,000次弯曲循环后可以检测到0.1ppm的NO2气体。综上，本研究结果为气体检测应用中柔性器件的制造提供了一种通用途径。

图1.（a）静电纺丝制备SnO2/ZnO复合纳米纤维的过程示意图。（b）通过在基板上丝网印刷银浆来制造柔性电极的过程。

图2.煅烧前（a）原始SnO2/PVP、（b）SnO2/ZnO/PVP-1、（c）SnO2/ZnO/PVP-2、（d）SnO2/ZnO/PVP-3的SEM图像。煅烧后（e-h）多孔中空SnO2、SnO2/ZnO-1、SnO2/ZnO-2、SnO2/ZnO-3纳米纤维的相应SEM图像。

图3.（a,b）SnO2/ZnO-3复合纳米纤维的TEM图像。（a）的插图为放大图。（c）SnO2/ZnO-3复合纳米纤维的元素映射。

图4.SnO2/ZnO-3复合纳米纤维的（a）全扫描，（b）Sn3d，（c）Zn2p，（d）O1s XPS光谱。

图5.室温下，（a）原始SnO2、（b）SnO2/ZnO-1、（c）SnO2/ZnO-2和（d）SnO2/ZnO-3纳米纤维对不同浓度NO2气体（0.1、0.5、5、10、20ppm）的动态响应。

图6.（a）室温下不同传感器对0.1-20ppm NO2气体的动态响应曲线。（b）SnO2/ZnO-3气体传感器检测NO2的线性范围。（c）SnO2/ZnO-3气体传感器对0.5ppm NO2的响应和恢复时间。（d）所制备传感器检测0.5ppm NO2的响应和恢复时间。

图7.SnO2/ZnO-3气体传感器对0.3ppm NO2连续四个循环的动态响应。（b）SnO2/ZnO-3气体传感器对0.3ppm NO2的响应和恢复时间。（c）在相同测量条件下，所制备的样品传感器对0.5ppm NO2和150ppm其他气体（HCHO、CH4、SO2、C8H10、NH3、CO）的选择性。（d）SnO2、SnO2/ZnO-3传感器对0.3ppm NO2的响应与相对湿度的关系。

图8.（a）第2天、（b）第15天、（c）第18天SnO2/ZnO-3传感器对0.1、0.5、2ppm NO2气体的电阻值。（d）SnO2/ZnO-3传感器在约18天内对0.1、0.5、2ppm NO2气体的稳定性。

图9.（a）SnO2/ZnO复合纳米纤维的表面形貌模型。（b）SnO2/ZnO复合纳米纤维的能带结构。

图10.（a）通过银浆丝网印刷在纸上制备不同形状的电极。（b）以45°、90°、180°的角度弯曲并恢复的线性丝网印刷银电极的照片。（c）线性丝网印刷银电极以45°角弯曲10,000次期间的电阻变化。

图11.（a）PDMS上的银电极照片。（b）纸上的银电极照片。（c）PET上的银电极照片。（d）在0.1ppm NO2中，置于柔性银电极上的SnO2/ZnO-3气体传感器经5000、10,000次弯曲循环前后的响应和恢复曲线。