TiO2與還原氧化石墨烯復(fù)合材料的氣敏性能研究.pdf

1、如今，政府和民眾越來越注重環(huán)境保護(hù)的需求。而且，對環(huán)境勘測息息相關(guān)的傳感器技術(shù)自身的持續(xù)發(fā)展，兩者都在推動著環(huán)境監(jiān)測這一領(lǐng)域有望率先成為物聯(lián)網(wǎng)垂直領(lǐng)域中投入使用的特色應(yīng)用服務(wù)之一。其中，氣體傳感器是環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的“三大基石”之一，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用環(huán)境監(jiān)測中。尤其是民用領(lǐng)域的率先普及，今年來市場增長迅猛。根據(jù)Yole Developpement的調(diào)查推測，直到2021年，氣體傳感器市場市值將達(dá)到9.2億美元，而且在未來長達(dá)五年間的復(fù)合

2、增長率高達(dá)為7.3%，而在所有應(yīng)用領(lǐng)域，環(huán)境監(jiān)測更是在能位列第三。在氣體傳感器領(lǐng)域，TiO2納米材料作為氣敏材料來說發(fā)展由來已久。形如TiO2納米管和納米球、TiO2空心球結(jié)構(gòu)、TiO2單片層或者是摻雜Au顆粒的TiO2等均在氣體檢測方面表現(xiàn)出優(yōu)良的氣敏性能。但是TiO2納米材料作為傳統(tǒng)的氣敏材料，卻需要在高溫環(huán)境下（200℃-400℃）或者外加紫外光燈才能進(jìn)行正常工作。
　　本研究采用溶膠-凝膠法制備出TiO2微球顆粒，利用一步

3、還原法將TiO2與氧化石墨烯復(fù)合，制備出還原氧化石墨烯修飾的TiO2（rGO-TiO2）復(fù)合材料。然后將rGO-TiO2復(fù)合材料作為氣敏材料制備成基底是叉指電極的電阻型傳感器。利用SEM、TEM、XPS、XRD以及PL譜分析等表征測試手段對復(fù)合材料進(jìn)行微觀形貌及性質(zhì)的分析。發(fā)現(xiàn)利用這種方法所制備出的rGO-TiO2復(fù)合材料具有半包裹結(jié)構(gòu)以及特殊的橋接結(jié)構(gòu)。測試了該復(fù)合材料對氨氣、甲醛、甲醇、乙醇以及丙酮的氣敏響應(yīng)，結(jié)果該復(fù)合材料對氨氣表

4、現(xiàn)出較高的氣敏現(xiàn)象。然后進(jìn)一步研究了氣體傳感器的穩(wěn)定性、響應(yīng)恢復(fù)時間、最佳工作溫度、濕度以及不同rGO含量對傳感器性能影響的特質(zhì)。最后探究了該復(fù)合材料對氨氣響應(yīng)的氣敏機(jī)理，認(rèn)為在具有橋接結(jié)構(gòu)的rGO-TiO2復(fù)合材料中，這種橋接結(jié)構(gòu)增大了復(fù)合材料的比表面積，從而增大了在氣體檢測過程中的敏感氣體的吸附。在對氨氣的氣敏響應(yīng)中，水分子是必不可少的元素。氨氣在水分子環(huán)境中，在還原氧化石墨烯片層表面電離，失去的電子沿著石墨烯片層堆積在所連接的Ti