二氧化锡/多壁碳纳米管涂层织物气敏传感器研究

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随着科学技术的迅速发展,我国工业化程度也逐渐提高,随之而来环境污染问题也日益严重。在人们生产活动中每时每刻都向大气中排放各种有毒有害气体。这些气体不仅对自然环境产生极大的污染和破坏,还对人们的身体健康有着极大危害。气敏传感器可以通过将气体种类、浓度等信息转化为电信号,进而可以实现对有害气体的监控、识别、报警等功能。虽然经过几十年的发展,但现有的气敏传感器无论从便携性还是敏感性上都不能满足社会发展的需要。而近年来,随着材料学和电子工业的发展,智能纺织品成为纺织前沿技术领域的热点研究课题,开发具有更多功能的智能纺织品已经成为国际纺织服装品市场的一个竞争点。因此,开发一种基于纺织结构的气敏传感器对于智能纺织品的发展和人们生活环境的监测具有重要意义。  论文先以辉光放电氧等离子改性后的多壁碳纳米管为骨架材料,通过使用溶胶凝胶法制备出具有壳核结构的二氧化锡/多壁碳纳米管纳米复合材料。采用拉曼光谱来表征氧等离子改性效果,XRD表征复合材料的物相结构,SEM以及TEM来观察纳米材料的表面形貌。结果发现:使用辉光放电氧等离子体对MWCNTs进行改性处理,可以有效引入含氧官能团、增加表面缺陷,并且不损伤MWCNTs基体结构。SnO2以红金石结构均匀连续的包覆在MWCNTs,形成明显的壳核结构,SnO2沉积厚度小于10nm。以叉指电极作为载体,构建SnO2-MWCNTs气敏传感器,气敏测试结果表明传感器对CO的灵敏度随着温度升高成先升高再减小的趋势,并且在300℃达到最大(11.3)。在检测100ppm~1000ppm浓度范围的CO时灵敏度与气体浓度表现出较好的线性相关关系。  本文选用棉纤维和涤纶长丝为基体材料,分别以机织嵌织织物和针织衬纬织物为柔性电极,并使用喷涂法和浸渍干燥法对电极进行气敏材料涂层,制成柔性气敏传感器。通过对柔性气敏传感器的电阻、灵敏度与织物组织、嵌织比例、涂层厚度之间的关系进行分析发现:两种结构传感器的电阻都会随涂覆次数或时间的增加呈先下降,后期趋于稳定的趋势。对NH3的灵敏度测试表明铜丝的嵌织比例对气敏性能影响较大;相比而言,机织嵌织气敏传感器的灵敏度要优于针织衬纬气敏传感器。气敏膜的厚度过大或过小都会影响气敏性能的发挥。综合考虑性能最好的工艺参数机织嵌织传感器铜丝与涤纶嵌织比例为1∶1,喷涂7次。  本文制备的柔性传感织物具有明显的气敏效果,文中所用的测试装置、测试方法以及提出的最佳传感性能的织物结构、涂层方式具有一定的理论和实际应用价值。
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