静电纺丝法制备单向排列V2O5微纳米纤维膜及其气敏性能研究

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气敏材料是一种在特定条件下对外界气体种类和浓度变化十分敏感的功能材料,其作为气体传感器的核心部分受到广泛的关注。V2O5半导体材料因具有优良的气敏特性已成为应用前景良好的气敏材料之一,其中静电纺丝法制备的V2O5微纳米纤维膜具有灵敏度高、响应快等特点,但是由于其纤维呈随机排列,纤维间的搭接导致界面势垒的存在,影响了电子在纤维中的传输效率,从而限制了其气敏性能,因此研究单向排列V2O5微纳米纤维的制备技术对于提高V2O5气体传感器的气敏性能具有重要意义。  本文采用静电纺丝法、结合分离式平行收集极制备单向排列的V2O5微纳米纤维膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及WS-30A气敏元件测试系统等技术手段表征纤维膜的形貌与成分,测试了其热敏及气敏特性,并通过与sol-gel法制备的非纤维结构V2O5膜以及不同直径的随机排列V2O5微纳米纤维膜进行对比,探索微观形貌对V2O5气敏性能的影响规律,并阐明其作用机制。  研究结果表明:在一定的电纺条件下,当PVAc浓度为10%、PVAc/C9H21O4V的质量比为1∶1、平行收集极间距为3mm时,可以获得有序度较高的单向排列V2O5微纳米纤维膜;在80℃到400℃范围内,随着环境温度的升高,各种V2O5薄膜的电阻值均逐渐减小,其中单向排列V2O5微纳米纤维膜电阻的变化幅度最大,约为2个数量级,且没有发生电阻突变;V2O5微纳米纤维膜在300℃下对乙醇气体敏感,但纤维直径的变化对V2O5微纳米纤维膜的气体灵敏度几乎没有影响,同时单向排列的V2O5微纳米纤维膜相比非纤维结构或纤维呈随机排列的V2O5薄膜具有更高的气体灵敏度且响应迅速,但回复性能有待进一步提高。
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