【摘 要】
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NO2一种典型的剧毒气体,在人类的生产生活中很常见,汽车尾气、工业废气等气体中都存在大量的NO2,而人类只要短时间暴露于ppm级别的NO2中,生命健康就会受到损害,因此非常需要有效的检测手段对NO2气体进行即时的检出。气体传感器是一种检测NO2气体的可靠手段,但是目前气体传感器采用的金属氧化物气敏材料无法室温工作,大多二维材料虽然可以实现室温传感但是却有各种各样的缺点。新型二维材料Te已被研究证明
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NO2一种典型的剧毒气体,在人类的生产生活中很常见,汽车尾气、工业废气等气体中都存在大量的NO2,而人类只要短时间暴露于ppm级别的NO2中,生命健康就会受到损害,因此非常需要有效的检测手段对NO2气体进行即时的检出。气体传感器是一种检测NO2气体的可靠手段,但是目前气体传感器采用的金属氧化物气敏材料无法室温工作,大多二维材料虽然可以实现室温传感但是却有各种各样的缺点。新型二维材料Te已被研究证明对NO2气体具有优异的传感性能,但却有稳定性不好、恢复慢等缺点。为解决这一问题,本文首先制备出了新型的二维材料Te,然后通过实验验证了其不稳定性是由于在空气中被氧化导致的;随后针对其缺点对Te材料进行了改性,利用简单的水相搅拌将Se与Te进行复合,成功制备出了VI-VI二维结构的Te/Se复合材料;最后,研究了二维Te/Se复合材料的气敏性能及传感机理,复合材料的稳定性大幅度提升,同时灵敏度和恢复速度也有一定幅度提升。本次研究表明,二维Te材料在空气中会被氧化生成Te O2,稳定性较差,而Te/Se复合材料的稳定性较好,其中Te/Se 1:2样品的长期稳定性和湿度稳定性都非常优异,工作天数可达76天,基线电阻随湿度的变化率仅为73%。这主要得益于Se的理化性质较为稳定,它加入降低Te材料的表面活性,同时形成了保护层隔绝了H2O与O2和Te原子的直接接触。接着,对材料的气敏性能进行了研究,研究发现二维Te材料室温下对5ppm NO2气体的灵敏度约为197%,响应恢复时间分别为9s和159s;复合材料中Te/Se 1:2的样品表现最佳,相同条件下灵敏度约为544%,响应时间约为3s,恢复时间约为56s,并且基线稳定,无漂移现象,灵敏度和响应恢复时间都有一定幅度的提升。这主要得益于Se的加入降低了二维Te过高的载流子迁移率和对NO2过高的吸附能,从而使得电子转移效果更加明显,气体脱附变快,最终提高了材料得灵敏度和响应恢复时间。综上所述,通过Se与二维Te的复合,制得了室温下灵敏度高、响应恢复快、稳定性好的二维Te/Se复合材料。
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