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静电纺丝法制备SrGe4O9纳米管基传感器
2018/4/11 16:20:21 易丝帮 84 条评论 邀请点评

  气体传感器是在我们的日常生活中最重要的技术之一,由于其各种应用潜力已经引起相当多的研究关注。气体传感器的应用包括公共/家庭中毒性或爆炸性的气体检测及监测环境污染、空气质量和个人健康等。氨( NH3 )是最危险的环境污染物之一,其特征在于强烈而刺激的气味,在室温下检测NH3对健康监测、临床诊断和工业制造越来越重要。已经开发了多种材料用于NH3气体检测,包括碳纳米管(CNTs)、有机半导体、有机-无机杂化纳米复合材料和金属氧化物,其中金属氧化物代表最典型的NH3感测材料。虽然已经开发出具有不同传感性能的多种金属氧化物用于检测的NH3,但开发新型的NH3传感材料和提高室温下的传感性能有很大的挑战。SrGe4O9是一种宽带隙金属氧化物半导体,已被广泛作为锂离子电池的电极材料和白色发光二极管的磷材料,然而,没有任何报告研究SrGe4O9的气敏特性。

  中国科学院沈国震研究员、北京科技大学陈迪和学生黄婷婷制备了刚性和柔性的SrGe4O9纳米管基传感器—室温下检测氨,研究成果于2017年4月发表在Nano Research上。

  SrGe4O9 NTs的制备采用单喷嘴静电纺丝法,Sr(NO3)2 和Ge(OEt)4溶于二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水混合液中,得到透明溶液。随后,聚乙烯吡咯烷酮(PVP,分子量= 1300000)磁力搅拌下溶解在该透明物中,得到前驱体溶液。所得溶液装入塑料注射器中用于静电纺丝的(图1)。得到的白色纳米纤维在马弗炉中空气气氛中,

  700℃碳化4 h,得到SrGe4O9 NTs。为了制备Pt修饰的SrGe4O9 NTs,将新制备的SrGe4O9 NTs与H2PtCl6溶液混合,然后将混合物干燥并在500℃退火1 h,得到灰白色样品。

  在图2 (a)中,由Sr(NO3)2/Ge(OEt)4/PVP组成的前驱体为尺寸均匀的线形,这些纤维表面光滑,直径为300-400 nm。图2(b)显示,得到的SrGe4O9 NTs平均直径约150 nm。

  图4 (a)显示出气敏室设备的数字照片。图4 (b)显示了传感器的结构,SrGe4O9 NTs桥接在两个银电极之间。室温下传感器对浓度范围为1-500 ppm的NH3气体的动态响如图4 (c)中。曲线表明,注入NH3气体时,传感器导电性急剧增加,传感器暴露于空气后下降到初始状态。随着NH3气体浓度的增加,响应逐渐增加。传感器对1和100 ppm NH3的响应分别约为1.21和2.49。图4 (d)显示出纯SrGe4O9 NTs对100 ppm NH3的四次可逆响应循环,灵敏度没有明显变化,显示出SrGe4O9 NTs基气体传感器优异的稳定性和再现性。

  图5显示用0.5 wt% Pt修饰的SrGe4O9 NTs对100 ppm NH3的响应为7.08,Pt修饰的SrGe4O9 NTs对NH3的相应比纯SrGe4O9 NTs对NH3的相应的好,检测NH3的浓度范围较大。

  本文制备的柔性气体传感器性能与刚性装置的性能相当,在不同弯曲状态下,柔性装置具有优异的柔韧性、机械稳定性和传感稳定性,显示了它们在柔性和可穿戴电子学方面的潜在应用。

  文章信息:Fabrication of rigid and flexible SrGe4O9 nanotube-based sensors for room-temperature ammonia detection,Tingting Huang, Zheng Lou, Shuai Chen, Rui Li, Kai Jiang, Di Chen*, and Guozhen Shen*,Nano Res. 2018, 11(1): 431–439

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文章关键词: 静电纺丝 , 传感器
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