基于靜電紡絲技術(shù)制備WS2氣敏材料及其敏感性能研究.pdf

1、氣體傳感器和人們的日常生活息息相關(guān)，在國家科技領(lǐng)域與國防建設(shè)方面占有重要地位，用于檢測(cè)多種有毒有害氣體，如氨氣、硫化氫、二氧化硫等。制備出性能優(yōu)異的氣體傳感器，能準(zhǔn)確快速的檢測(cè)到空氣中有毒有害、易燃易爆氣體，成為了當(dāng)今社會(huì)發(fā)展必不可少的條件。其中，關(guān)于半導(dǎo)體氣體傳感器的研究在近些年來尤為廣泛，以其結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)單、操作上的方便、成本上的低廉等優(yōu)點(diǎn)迅速成為研究熱點(diǎn)。在半導(dǎo)體氣體傳感器方面的研究中，器件的實(shí)用性與高性能是人們所追求的主要目標(biāo)，所

2、謂的高性能指的是良好的靈敏度，快速的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間，對(duì)特殊氣體的識(shí)別能力等。但是這些重要的氣體傳感特性主要取決于所使用的氣敏材料的微觀結(jié)構(gòu)和表面物理化學(xué)特性。傳統(tǒng)的氣敏材料，其晶?；蛘呖壮叽巛^大，導(dǎo)致其比表面積較小而且膜厚較大，不利于高性能氣敏元件的設(shè)計(jì)與制作。因此，當(dāng)前構(gòu)筑高性能氣體傳感器的核心就是找尋一種更為高效、更為優(yōu)良的氣體敏感材料。
　　二硫化鎢（WS2）是典型的過渡族金屬硫化物，其結(jié)構(gòu)是類似于石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特的

3、光、電、催化等性能，近年來在摩擦和催化等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。納米 WS2比表面積很大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，高溫下抗氧化能力強(qiáng)，是一種性能優(yōu)異的氣敏材料，對(duì)其氣敏性能進(jìn)行研究及改進(jìn)具有重要意義。本研究采用靜電紡絲結(jié)合退火處理的方法制備出高質(zhì)量的 WS2納米材料，由于貴金屬納米顆粒的摻雜能提升氣敏材料表面對(duì)目標(biāo)氣體分子的吸附能力，通過對(duì)未摻雜和摻雜了貴金屬的層狀納米 WS2進(jìn)行氣體敏感性能對(duì)比測(cè)試，結(jié)果表明：在220℃的最佳工作溫度下，納米WS2氣敏元

4、件對(duì)氨氣具有優(yōu)異的響應(yīng)靈敏度、優(yōu)良的選擇性、快速的響應(yīng)和恢復(fù)特性，而Ag粒子的摻雜提高了氣敏元件的靈敏度且并未影響選擇特性和響應(yīng)恢復(fù)特性。具體研究內(nèi)容如下：
　?。?）結(jié)合靜電紡絲和退火處理方法合成了納米片WS2，對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。整個(gè)過程主要包括電紡前驅(qū)溶液的配置、靜電紡絲工藝、硫化工藝的研究。
　?。?）基于納米片WS2制作旁熱式氣敏元件，主要包括陶瓷管的清洗、氣敏漿料的制備、敏感膜的涂覆和燒結(jié)、電極的固定等。<

5、br>　　（3）自行簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)了基于氣敏元件的測(cè)試氣室，并結(jié)合直流電源、數(shù)字源表等設(shè)備搭建了簡(jiǎn)易的氣敏測(cè)試電路。
　　（4）制備了氨氣、無水乙醇、丙酮?dú)怏w等氣體，將被測(cè)氣體通入氣室中進(jìn)行氣體敏感性能測(cè)試，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析了基于納米 WS2制作的旁熱式氣敏元件的氣體敏感性能。
　?。?）采用多元醇化學(xué)法制備獲得摻雜Ag的納米WS2層狀結(jié)構(gòu)，與未摻雜的層片狀納米WS2相比，Ag-WS2對(duì)目標(biāo)氣體表現(xiàn)出更好的響應(yīng)特性、選擇特性，具有