摘要
NO2是一种典型的大气污染物，实现其高效、快速检测对于环境保护具有重要意义。金属氧化物半导体气体传感器是一种高效检测NO2气体的测量工具。然而，由于水蒸气中毒现象导致传感器性能受环境湿度影响明显，限制了其广泛应用。因而，开发具有抗湿功能的NO2气体传感器具有重要现实意义。合成复合材料可以调控半导体金属氧化物气敏材料表面与水分子的相互作用，从而提高传感器的抗湿性能。此外，利用薄膜阻隔气敏材料与水分子的接触也是提高半导体金属氧化物气体传感器抗湿性能的有效手段。本文分别采用合成复合材料以及添加疏水膜的方法实现了具有抗湿功能的NO2气体传感器的构建并对其抗湿机理进行了分析，具体内容如下: 1.通过水热法合成了具有抗湿性能的纳米石墨/In2O3纳米花复合气敏材料。与文献中报到的结果相比，该材料在宽湿度范围内（20%-90%RH）表现出优异的稳定性（响应波动在7%以内）。基于纳米石墨片/In2O3纳米花复合材料的传感器对250ppbNO2(80%RH)的响应值可达10。此外，该传感器对NO2具有良好的选择性、较低的工作温度（75℃）和较快的响应速度。气敏机理分析表明：石墨固有的疏水性质可以有效阻断水分子对In2O3的干扰。此外，经过水热处理的石墨纳米薄片表面形成了大量的极性基团，使复合材料表面具有一定的吸水功能。上述原因导致纳米石墨片/In2O3纳米花复合材料具有优异的抗湿功能。 2．通过添加聚四氟乙烯（PTFE）疏水膜构建了具有抗湿功能的In2O3传感器并考察了其在不同环境湿度条件下对NO2气体的敏感性能。结果表明：由于PTFE疏水膜对水蒸气的阻隔作用，基于In2O3纳米花的气体传感器在20-90%RH的条件下对1ppmNO2气体响应值维持在180左右。与未添加PTEF疏水膜的In2O3传感器相比，PTFE疏水膜的引入导致传感器具有较好的抗湿性、稳定性以及优异的选择性。由于PTFE膜的引入使得气体传质速率降低，导致传感器的响应时间变长，响应时间随着气体浓度升高差距减小。
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