400-823-0080
info@biofabrication.cn     
当前位置: 主页 > 动态资讯 > 学术动态 > 大连海事大学宋成文&姜玲玲:In2O3/ZrO2复合材料基丙酮传感器的构建及其灵敏度增强机理

大连海事大学宋成文&姜玲玲:In2O3/ZrO2复合材料基丙酮传感器的构建及其灵敏度增强机理

学术动态    2022-06-17 15:29

DOI: 10.1016/j.snb.2022.132087

 

在目前的工作中,通过将ZrO2掺入一维In2O3纳米线(NWs)中,设计并制备了基于n-n异质结的化学电阻型丙酮传感器。采用简便的静电纺丝策略以及随后的煅烧工艺合成了In2O3/ZrO2(IZO)纳米线。有趣的是,一些原位生长的八面体状颗粒出现在纳米线表面。观察到In2O3/ZrO2异质结在260℃的工作温度下对100ppm丙酮气体表现出相对较好的响应,响应时间较短,约为1s。通过优化掺杂In/Zr摩尔比获得最高灵敏度。此外,还讨论了评估灵敏度、选择性、长期稳定性(“3S”)和可重复性的几个考虑因素。总体而言,这项工作不仅揭示了ZrO2在n-n异质结产生和电阻调制中的作用,而且为使用ZrO2调节晶格间距以在In2O3纳米线上构建原位生长的八面体状颗粒提供了独特的视角,从而为优化In2O3基复合传感器对亚ppm级丙酮气体的传感性能提供了宝贵的指导意见。

 

图1.In2O3/ZrO2复合纳米线的制备及后续煅烧策略示意图。

 

图2.传感器制造和传感过程示意图。

 

图3.(a)所得IZO-3产物的TG/DTG分析;(b)热处理后IZO样品的XRD图谱。

 

图4.(a,b)IZO-3样品的低倍和高倍放大SEM图像;(c,d)IZO-3样品的TEM图像和HRTEM图像。

 

图5.(a)IZO样品的元素映射图;(b)蓝点,In原子;(c)绿点,O原子;(d)红点,Zr原子。

 

图6.(a)IZO-3复合材料的XPS全扫描光谱,以及(b)In3d、(c)Zr3d和(d)O1s的高分辨率XPS全扫描光谱。

 

图7.典型BJH孔径分布曲线:(a)IZO-1,(b)IZO-2,(c)IZO-3,(d)IZO-4。插图为氮气吸附-解吸等温线。

 

图8.(a)气体响应与工作温度的关系曲线;(b)IO和IZO-3传感器在100-340℃范围内的环境空气中的Arrhenius型电阻行为;(c)IO和IZO样品在不同工作温度下的环境空气电阻(Ra)。

 

图9.(a)4种IZO复合传感器在260℃下对100ppm丙酮蒸气的动态电阻变化;(b)IZO-3传感器在260℃下进行5个循环的气敏稳定性;(c)IZO-3样品对不同浓度丙酮的动态瞬态响应;(d)线性拟合曲线与CH3COCH3浓度的函数关系。

 

图10.(a)在260℃的最佳工作温度以及不同相对湿度(在室温25℃下设置和测量)下的传感响应,以及(b)IZO-3传感器在260℃下对100ppm丙酮气体的长期稳定性。

 

图11.(a)IZO-3传感器在260℃下对八种VOCs(挥发性有机化合物)的响应;(b)显示IO和IZO-3传感器的整体丙酮气敏性能的雷达图。

 

图12.IZO传感器的传感机理示意图:(a)IZO-3纳米材料的能带结构示意图,(b)电荷耗尽层和晶界,(c)IZO复合材料在环境空气和丙酮蒸气中的丙酮传感机理示意图。