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ZrO2/ZnO纳米复合材料用于化学丁醇传感器
2020/1/14 12:01:52 易丝帮

DOI:10.1016/j.snb.2020.127658

将ZrO2掺杂到ZnO复合材料中,制备了新型丁醇传感材料。采用静电纺丝法和原位高温煅烧法制备了ZrO2/ZnO纳米复合材料。ZrO2的掺杂是提高ZnO传感器性能的有效途径。在245℃的最佳工作温度下,ZrO2/ZnO纳米复合材料对丁醇具有响应值高、响应恢复行为快、选择性高以及重复性好的特点。

 

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图1.不同Zr含量的ZnO和ZrO2/ZnO纳米复合材料的XRD图谱:(a)ZnO,(b)7.4%,(c)9.1%,(d)10.7%和(e)13.8%ZrO2/ZnO。


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图2.氧化锆和锌前驱体(a-f)及其煅烧产物(f-j)在800℃下的SEM图像:(a)和(f)ZnO,(b)和(g)7.4%ZrO2/ZnO,(c)和(h)9.1%ZrO2/ZnO,(d)和(i)10.7%ZrO2/ZnO,(e)和(j)13.8%ZrO2/ZnO。


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图3.10.7%ZrO2/ZnO纳米复合材料的元素图谱。


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图4.10.7%ZrO2/ZnO纳米复合材料的(a)Zn 2p(b)Zr 3d和(c)O 1s的XPS光谱。


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图5.在不同工作温度下,ZrO2/ZnO纳米复合材料对100ppm丁醇的响应:(a)ZnO,(b)7.4%,(c)9.1%,(d)10.7%和(e)13.8%ZrO2/ZnO。


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图6.(a)在245℃的最佳工作温度下,9.1%、10.7%和13.8%ZrO2/ZnO纳米复合材料对不同浓度丁醇的灵敏度曲线;(b)在245℃的最佳工作温度下,10.7%ZrO2/ZnO纳米复合材料对20-800ppm丁醇的动态曲线;(c)在245℃的最佳操作温度下,10.7%ZrO2/ZnO纳米复合材料对100ppm 挥发性有机化合物的选择性;(d)在245℃的最佳操作温度下,10.7%ZrO2/ZnO纳米复合材料对100ppm丁醇的循环稳定性。


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图7.(a)10.7%ZrO2/ZnO纳米复合材料在245℃浓度范围为1-100ppm时的气体浓度依赖性响应曲线;(b)制备传感器5个月后测试10.7%ZrO2/ZnO纳米复合材料在245℃温度下对100ppm丁醇的响应-恢复周期。


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图8.(a)在245℃时不同相对湿度(%RH)下10.7%ZrO2/ZnO纳米复合电阻的变化;(b)在245℃时不同相对湿度(%RH)下10.7%ZrO2/ZnO纳米复合响应对100ppm丁醇的变化。


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图9.10.7%ZrO2/ZnO纳米复合传感器的机理图。


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图10.有/无丁醇气体注入的10.7%ZrO2/ZnO纳米复合材料的IV特性。


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