基于室温聚苯胺-二氧化锡复合材料的CO2气体阻抗谱检测技术研究

《Journal of Immunological Methods》：Room Temperature Based Polyaniline Tin Oxide Composites For CO 2 Gas Detection: A Study Related To Impedance Gas Spectroscopy

本研究通过化学氧化聚合法合成聚苯胺-二氧化锡（PS）复合材料，采用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）等技术证实其具备金红石四方相结构。研究发现小晶粒尺寸（27nm）的PS15%复合材料在室温下对150ppm CO2气体具有最优传感性能，响应/恢复时间为117s/135s，弛豫时间38.98ms，为开发室温CO2气体传感器提供新策略。

　　

Highlight

引言

全球工业生产的影响严重加剧了大气中多种气体的排放。各类产业的快速增长导致二氧化碳大规模排放，进而引发全球变暖。此类气体的检测亟需监控以实现排放控制，这需要开发高效传感器。金属氧化物以其优异的气敏特性而闻名...

材料

苯胺（99%纯度）、三氯化铁（FeCl₃）、二氧化锡（SnO₂）和乙醇购自SRL印度公司。乙基纤维素、丁基卡必醇和三氯化铁（99%纯度）来自HI-media。

聚苯胺-SnO₂ 5%复合材料（PS5%）的合成

将占苯胺重量5%的氧化锡溶于50ml 1M盐酸溶液，加入12.5g FeCl₃后搅拌1小时，静置过夜[11]。随后将5ml苯胺溶于100ml 1M盐酸溶液...

X射线衍射分析

聚苯胺-SnO₂复合材料的XRD测试在2θ范围10°-80°进行。图3a显示所有衍射峰，图3b呈现（110）晶面的峰位偏移。这些峰位与其他研究者的发现相符，证实复合材料中SnO₂纳米颗粒的存在[12]。所有衍射峰归属于（110）、（011）、（020）、（220）、（112）和（031）晶面，对应PS5%至PS20%样品...

阻抗谱分析

在150ppm CO₂气体环境中对PS复合材料进行阻抗谱测试，测量范围4Hz-5MHz（电压1V）。图8显示Z'和Z"轴上的半圆分别代表传感器在空气和CO₂环境中的阻抗实部与虚部。对于PS（5%、15%和20%）样品，暴露于CO₂后低频区的晶界（R_gb）半圆弧增大...

气体传感性能

在27cm×27cm自制腔室内进行室温CO₂气体检测。通过流量计控制气体注入，压力计维持气瓶压力。动态传感测试时，先注入50ppm CO₂直至传感器达到稳定状态...

结论

通过化学氧化聚合法合成聚苯胺-SnO₂（PS）复合材料。XRD分析计算所有PS复合材料的晶粒尺寸、结晶度和晶格参数，测得晶粒尺寸分别为31nm、28nm、27nm和33nm。研究发现较小晶粒尺寸的传感器在室温下展现更优异的气敏性能...