【摘 要】
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二维MXene材料具有高信噪比、丰富的表面含氧官能团和低浓度检测潜力等优点,因此在气体传感器领域中受到广泛关注。但是基于纯MXene为传感材料的气体传感器仍然存在气体响应值低、在空气中基线电阻漂移严重以及稳定性不足等明显缺点,这些缺点严重限制了MXene基气体传感器的实际应用。在本工作中,MXene/In2O3复合材料通过简单的杂化搅拌方式复合形成。这种方法可以使得In2O3纳米颗粒能够均匀地涂覆
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二维MXene材料具有高信噪比、丰富的表面含氧官能团和低浓度检测潜力等优点,因此在气体传感器领域中受到广泛关注。但是基于纯MXene为传感材料的气体传感器仍然存在气体响应值低、在空气中基线电阻漂移严重以及稳定性不足等明显缺点,这些缺点严重限制了MXene基气体传感器的实际应用。在本工作中,MXene/In2O3复合材料通过简单的杂化搅拌方式复合形成。这种方法可以使得In2O3纳米颗粒能够均匀地涂覆并嵌入到风琴状MXene的层间和表面,因此可以有效地阻碍MXene片层的自堆叠和氧化过程的发生。同时也对制备好的材料采用SEM、TEM、XRD、XPS、SAED等表征手段进行了研究。通过静态测试系统对MXene/In2O3基气体传感器进行气敏性能研究;实验发现,基于MXene/In2O3复合材料的气体传感器在室温下对氨气表现出了出色的灵敏度、选择性、可重复性和稳定性。与基于纯MXene的传感器相比,MXene/In2O3复合材料基气体传感器在室温下对20 ppm氨气的响应值从3.6%显著增加到100.7%。值得注意的是,MXene/In2O3基气体传感器对氨气的响应值会随着测试环境中相对湿度的增加而增加,这与传统金属氧化物基气体传感器对于湿度的响应行为是完全相反的;当环境湿度从20%变化到95%时,MXene/In2O3基气体传感器在室温下对20 ppm氨气的响应值从55%增加到180%,这说明传感器具有在高湿环境下工作的潜力。本工作还研究了基于MXene/In2O3复合材料的无线气体传感器的性能,该LC无线气体传感器是采用LTCC（低温共烧陶瓷）技术制造的,且无线传感器工作原理是基于LC传感器与读出电感线圈之间的互感耦合过程。研究结果表明:基于MXene/In2O3复合材料的无线气体传感器表现出了超快的响应/恢复时间（2/2 s）和对氨气良好的长期稳定性与重复性。最后,本工作也通过in-situ FTIR证实了氮氧化物为MXene/In2O3基气体传感器在氨气中发生化学反应的产物;还采用电化学交流阻抗谱验证了体电阻和体电容在MXene/In2O3基气体传感器在产生氨气传感信号过程中的变化趋势。综上所述,基于二维MXene/In2O3复合材料的气体传感器在室温下对氨气表现出了良好的气敏特性,一方面降低了纯金属氧化物基气体传感器的工作温度,另一方面改善了纯MXene基气体传感器响应值低、基线电阻漂移的缺点,这主要归因于复合材料中异质结构的形成。
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