多壁碳納米管的摻雜及其氣敏特性研究.pdf

1、碳納米管具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、大的比表面積和很高的表面能，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的氣敏材料。論文對(duì)多壁碳納米管的摻雜處理及其對(duì)甲醛和二甲苯這兩種有機(jī)揮發(fā)物的氣敏特性進(jìn)行了初步的研究。
　　 室溫下，碳納米管被認(rèn)為是p型摻雜的半導(dǎo)體，基于多壁碳納米管的傳感器氣敏膜吸附了還原性的有機(jī)氣體分子后，碳管表面的空穴載流子會(huì)減少，從而導(dǎo)致氣敏膜的導(dǎo)電性能減弱。在恒定的電壓下，通過檢測(cè)傳感器的電流的變化對(duì)其電導(dǎo)的變化量進(jìn)行衡量。傳感器電導(dǎo)的變化

2、與所吸附的待測(cè)氣體的濃度成一定的比例關(guān)系，氣體濃度越大，電流降幅也隨之增大。
　　 室溫下，多壁碳納米管對(duì)甲醛和二甲苯兩種氣體顯示出良好的靈敏度和選擇性，且響應(yīng)非常穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，對(duì)多壁碳納米管進(jìn)行了超聲摻雜陽(yáng)離子，化學(xué)還原摻雜Pd，電化學(xué)還原摻雜Pd，以及直接用縮合劑在多壁碳納米管表面修飾十二胺等處理，并測(cè)試了摻雜前后多壁碳納米管對(duì)甲醛和二甲苯的氣敏響應(yīng)的變化。不同方法改性后的多壁碳管對(duì)于兩種待測(cè)氣體的靈敏度和選擇性均有一定

3、變化。摻雜的金屬粒子的大小和均勻程度對(duì)傳感器的響應(yīng)影響較大?；瘜W(xué)還原鍍鈀處理后傳感器的氣敏性能提升最為明顯，且對(duì)兩種氣體的選擇性增強(qiáng)。
　　 為了進(jìn)一步提高傳感器的選擇性，對(duì)多壁碳納米管進(jìn)行了多重?fù)诫s的處理。對(duì)化學(xué)還原鍍鈀后的多壁碳納米管繼續(xù)進(jìn)行電化學(xué)鍍鈀處理，并測(cè)試碳管的氣敏性能;將十二胺修飾的多壁碳納米管涂布于定向碳納米管陣列表面，作為具有立體結(jié)構(gòu)的復(fù)合氣敏材料。這兩種方法制備的碳納米管復(fù)合氣敏材料對(duì)待測(cè)氣體均顯示出良好的選

4、擇性，證明多重?fù)诫s是非常有潛力的一種提升多壁碳納米管選擇性氣敏響應(yīng)的制備方法。
　　 摻雜不同的納米顆粒后，多壁碳納米管表面與吸附的氣體分子之間的電荷轉(zhuǎn)移會(huì)因?yàn)榧{米顆粒的催化作用而發(fā)生改變?；瘜W(xué)還原鍍鈀后，Pd粒子可以強(qiáng)化二甲苯分子與碳管之間的電荷交換，從而大幅度的提升碳管對(duì)其的氣敏響應(yīng);修飾了十二胺的多壁碳納米管則由于長(zhǎng)烴鏈的空間阻隔作用，對(duì)二甲苯的氣敏響應(yīng)不顯著，而對(duì)小分子的甲醛顯示出較高的靈敏度和選擇性。論文對(duì)基于多壁碳納