MWCNTs与ZnO/SnO2复合材料的制备及其NO气敏性研究

摘要

为开发室温NO气敏传感器，本文采用均匀沉淀法合成了MWCNTs/多孔ZnO复合材料，SnCl2溶液法合成了MWCNTs/纳米SnO2复合材料，以及将SnCl2溶液法和均匀沉淀法相结合合成了MWCNTs/SnO2/ZnO三元复合材料。采用静态注气法考察了它们的室温NO气敏响应特性，并对以上三种复合材料的气敏响应机理进行了初步探讨。
　　 通过均匀沉淀法制备的MWCNTs/多孔ZnO复合材料中，MWCNTs均匀分散，ZnO是由众多纳米颗粒组成的多孔纳米片。室温气敏测试结果表明，复合材料的NO响应值明显高于单独的MWCNTs或ZnO。室温条件下，MWCNTs/多孔ZnO复合材料对100×10-6NO的响应值大概是MWCNTs的3倍，而ZnO对100×10-6NO没有气敏响应。MWCNTs/多孔ZnO复合材料优异的室温气敏性源于复合材料具有较高的比表面积及吸附NO分子时电子由p型半导体MWCNTs向ZnO的转移。
　　 通过SnCl2溶液法制备的MWCNTs/SnO2复合材料中，尺寸为5nm左右的SnO2颗粒均匀地分散在MWCNTs表面，且MWCNTs与SnO2的质量之比基本恒为3:1。室温气敏测试结果表明，复合材料对100×10-6 NO的响应值大约是MWCNTs的4倍。纳米SnO2颗粒的修饰之所以明显提高MWCNTs的室温NO响应值，是由于材料吸附NO分子时同样发生了电子由p型半导体MWCNTs向SnO2的转移。
　　 在SnCl2溶液法制备MWCNTs/SnO2复合材料的基础上，通过均匀沉淀法成功引入ZnO制备了MWCNTs/SnO2/ZnO三元复合材料。室温气敏测试结果表明，MWCNTs/SnO2/ZnO三元复合材料对100×10-6 NO的响应值约是MWCNTs/SnO2二元复合材料的2倍，响应时间和恢复时间分别是MWCNTs/SnO2二元复合材料的1/2和1/3。三元复合材料优异的气敏性源于SnO2和ZnO之间的相互作用。
　　 本论文的研究说明MWCNTs与金属氧化物复合后改善了MWCNTs材料的室温NO气敏响应，可以成为有应用前景的室温型气敏材料。