ZrO2/ZnO納米復合材料用于化學丁醇傳感器

DOI：10.1016/j.snb.2020.127658

將ZrO2摻雜到ZnO復合材料中，制備了新型丁醇傳感材料。采用靜電紡絲法和原位高溫煅燒法制備了ZrO2/ZnO納米復合材料。ZrO2的摻雜是提高ZnO傳感器性能的有效途徑。在245℃的最佳工作溫度下，ZrO2/ZnO納米復合材料對丁醇具有響應值高、響應恢復行為快、選擇性高以及重復性好的特點。

圖1.不同Zr含量的ZnO和ZrO2/ZnO納米復合材料的XRD圖譜：（a）ZnO，（b）7.4%，（c）9.1%，（d）10.7%和（e）13.8%ZrO2/ZnO。

圖2.氧化鋯和鋅前驅體（a-f）及其煅燒產物（f-j）在800℃下的SEM圖像：（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。

圖3.10.7%ZrO2/ZnO納米復合材料的元素圖譜。

圖4.10.7%ZrO2/ZnO納米復合材料的（a）Zn 2p（b）Zr 3d和（c）O 1s的XPS光譜。

圖5.在不同工作溫度下，ZrO2/ZnO納米復合材料對100ppm丁醇的響應：（a）ZnO，（b）7.4%，（c）9.1%，（d）10.7%和（e）13.8%ZrO2/ZnO。

圖6.（a）在245℃的最佳工作溫度下，9.1%、10.7%和13.8%ZrO2/ZnO納米復合材料對不同濃度丁醇的靈敏度曲線；（b）在245℃的最佳工作溫度下，10.7%ZrO2/ZnO納米復合材料對20-800ppm丁醇的動態曲線；（c）在245℃的最佳操作溫度下，10.7%ZrO2/ZnO納米復合材料對100ppm 揮發性有機化合物的選擇性；（d）在245℃的最佳操作溫度下，10.7%ZrO2/ZnO納米復合材料對100ppm丁醇的循環穩定性。

圖7.（a）10.7%ZrO2/ZnO納米復合材料在245℃濃度范圍為1-100ppm時的氣體濃度依賴性響應曲線；（b）制備傳感器5個月后測試10.7%ZrO2/ZnO納米復合材料在245℃溫度下對100ppm丁醇的響應-恢復周期。

圖8.（a）在245℃時不同相對濕度（%RH）下10.7%ZrO2/ZnO納米復合電阻的變化；（b）在245℃時不同相對濕度（%RH）下10.7%ZrO2/ZnO納米復合響應對100ppm丁醇的變化。

圖9.10.7%ZrO2/ZnO納米復合傳感器的機理圖。

圖10.有/無丁醇氣體注入的10.7%ZrO2/ZnO納米復合材料的IV特性。