【摘 要】
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气体传感技术在包括工业和学术领域在内的各类应用中受到广泛关注。它主要涉及识别和监测工业过程以及日常生活中的气体浓度。其潜在应用领域可以是工业生产、汽车工业、医疗应用、室内空气质量监测和环境监测等。本论文选择发现最早、应用广泛的二氧化锡气敏材料为研究对象,以简便易控的静电纺丝技术构筑一维纳米结构思路为基础,控制制备了不同形貌的SnO2纳米纤维,在利用单轴静电纺丝技术制备中空纤维方面取得了一定的突破,
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气体传感技术在包括工业和学术领域在内的各类应用中受到广泛关注。它主要涉及识别和监测工业过程以及日常生活中的气体浓度。其潜在应用领域可以是工业生产、汽车工业、医疗应用、室内空气质量监测和环境监测等。本论文选择发现最早、应用广泛的二氧化锡气敏材料为研究对象,以简便易控的静电纺丝技术构筑一维纳米结构思路为基础,控制制备了不同形貌的SnO2纳米纤维,在利用单轴静电纺丝技术制备中空纤维方面取得了一定的突破,制备出SnO2中空纳米纤维,初步探讨了单轴静电纺丝技术制备中空纤维的形成机理,并从提高灵敏度改善选择性以及降低工作温度的角度出发,对基于SnO2的空心纳米纤维进行金属氧化物的复合改性,有效改善了元件的气敏性能,制备出有实用价值的气敏元件,论文研究成果可为进一步工业化提供技术支撑和有效的实施方案。本论文的研究结果如下:（1）静电纺SnO2纳米管被制备并用于在160℃相对较低的工作温度下检测ppb级NO气体。电纺SnO2纳米管的形态可以通过煅烧工艺控制。简而言之,低加热速率（2℃/min）会导致固态SnO2纳米棒的形成,而高加热速率（10℃/min）会使大多数纳米管坍塌。中等加热速率（6℃/min）可以构建空心SnO2纳米管。与实心SnO2纳米棒相比,空心SnO2纳米管具有更高的表面积和更丰富的氧物种,这两个优点有利于提高空心SnO2纳米管的传感性能,尤其是灵敏度。空心SnO2纳米管对500 ppb NO表现出33.3的高灵敏度,在160℃时可检测低至10ppb的NO。空心SnO2纳米管还表现出出色的重现性、长期稳定性和良好的温度依赖性选择性。这些优势表明,SnO2作为一种已经商业化的成熟传感材料,仍需进一步开发以满足传感器领域的严格要求。（2）以合成的SnO2-ZnO复合中空纳米管对低浓度NO表现出优异的气敏性能,特别是SnZn20在160℃下对500 ppb NO的响应值达到49.1。在160℃下对500 ppb NO的响应时间仅为66 s,同时它也对NO表现出较强的选择性,比纯SnO2和纯ZnO纳米管表现出更强的气敏增强作用。当NO的浓度低至10ppb时,SnZn20对NO依然有响应,能够满足NO安全标准规定下的检测要求,在低浓度NO检测方面展现出极高的应用价值。SnZn20纳米管展现出优异的低浓度NO检测能力是由于在不同金属氧化物之间形成了能带弯曲和额外的损耗层,从而使得SnZn20对低浓度NO的气敏性能大大提高。除此以外,材料本身拥有的较大比表面积以及多孔结构等也有利于材料气敏性能的改善。
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