CuFe2 O4 与NiFe2 O4 纳米纤维的乙醇和丙酮ppm级传感性能对比研究

为解决工业环境中丙酮((CH3 )2 CO)和乙醇(CH3 CH2 OH)气体监测的挑战，研究人员通过静电纺丝技术制备了CuFe2 O4 (CFO)和NiFe2 O4 (NFO)纳米纤维(NFs)，系统比较了两者的传感性能。结果表明，CFO-NFs传感器具有更高灵敏度（6.92 vs 4.11响应值@200 ppm丙酮）和更低检测限（101 ppm丙酮 vs NFO的645 ppm），同时结合主成分分析(PCA)实现了气体分类，为开发高性能气体传感器提供了新思路。

　　

在工业生产和高危环境中，丙酮和乙醇作为常用溶剂，其挥发气体超标会引发严重健康风险。尽管传统金属氧化物半导体(SMOs)传感器已广泛应用，但其对结构相似气体的选择性差、检测限高等问题长期未解。尖晶石铁氧体(MFe₂
O₄
)材料因其独特的八面体/四面体配位结构和可调电子特性，被视为突破这一瓶颈的潜力材料。越南国家科技发展基金会支持的研究团队在《Materials Chemistry and Physics》发表论文，首次系统对比了两种典型铁氧体——铜铁氧体(CFO)和镍铁氧体(NFO)纳米纤维的传感性能差异。

研究采用静电纺丝技术制备了CFO和NFO纳米纤维，通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等表征手段确认材料结构，并构建了气体传感测试系统。关键实验技术包括：1）静电纺丝法制备纳米纤维；2）XRD和SEM表征材料晶体结构与形貌；3）标准化气体传感性能测试平台；4）主成分分析(PCA)算法处理交叉响应数据。

实验结果

1. 材料表征：XRD证实CFO和NFO均为立方尖晶石结构，平均晶粒尺寸约20 nm。SEM显示两者呈典型蛛网状形貌，直径30-100 nm，其中NFO纤维密度更稀疏。
2. 传感性能：在350°C下，CFO对丙酮的响应值(6.92)显著高于NFO(4.11)，检测限低至101 ppm（NFO为645 ppm）。但CFO的响应/恢复时间较长，NFO则具有更快动力学特性。
3. 选择性分析：PCA成功区分了丙酮和乙醇的交叉响应，两种材料均表现出良好稳定性。

结论与意义
该研究首次揭示了CFO和NFO纳米纤维在ppm级气体传感中的性能差异：CFO凭借更高的灵敏度和更低的检测限，更适合痕量气体监测；而NFO的快速响应特性适用于需实时反馈的场景。通过结合PCA算法，研究为解决相似气体选择性难题提供了新策略。这项工作不仅推动了尖晶石铁氧体在气体传感领域的应用，其"材料-结构-性能"的关联性分析更为设计高性能传感器提供了理论指导。特别值得注意的是，CFO对丙酮的优异敏感性（检测限接近工业安全阈值750 ppm的1/7），使其在职业健康监测中具有直接应用价值。