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使用碳纳米管传感器进行气体检测

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放大字体  缩小字体    发布日期:2019-12-31  浏览次数:904
核心提示:碳纳米管(CNT)在许多行业中的应用可以支持碳纳米管的有用性,这些行业包括电子,电池,光电,传感器和超级电容器。在传感应用方面,碳纳米管已用于生物传感器,压力传感器,光电探测器和气体传感器。

碳纳米管(CNT)在许多行业中的应用可以支持碳纳米管的有用性,这些行业包括电子,电池,光电,传感器和超级电容器。在传感应用方面,碳纳米管已用于生物传感器,压力传感器,光电探测器和气体传感器。

基于CNT的气体传感器的类型

任何CNT的电化学和吸附特性主要取决于微管的单位表面。当增强CNT的吸附和敏感度特性时,这些材料将能够将各种原子和分子吸附到其表面上,这在将CNT集成到传感器设计中时非常有用。

由于这些有用的特性,CNT已成为包括吸附,电离,电容和共振频移气体传感器在内的各种气体传感器的基础。

早期的基于CNT的气体传感器

大多数CNT气体传感器的功能原理是基于这些材料相互作用后在CNT和气体分子之间转移电荷的能力,从而导致CNT材料的电导率发生变化。

最早在2000年对基于CNT的气体传感器进行的一项研究发现,单导电单壁CNT(SWCNT)在暴露于二氧化氮(NO 2)和氨(NH 3)气体后都可以改变其电导率这项研究还发现,基于SWCNT的传感器在室温下表现出色,这是一个独特的功能,因为大多数传统的气体传感器均由金属氧化物组成,这些金属氧化物只能在超过200°C的温度下起作用。

在这种温度下,这种早期的基于SWCNT的气体传感器具有高达10 3的灵敏度和长达12h的恢复时间,从而提供了这种气体传感材料巨大潜力的早期指示。

同年,另一组研究人员还利用SWCNTs开发了一种气体传感器,该传感器对气体环境中的氧分压(O 2)的变化高度敏感该研究的研究人员以低至10 -10托的灵敏度,发现半导体CNT在暴露于O 2后变成金属随着接下来几年的研究进展,与使用原始CNT相比,发现基于CNT的气体传感器在涂有某些金属时更加敏感。此外,发现碳纳米管与其他材料的结合可以提高这些传感器的灵敏度和其他重要的功能特性。

碳纳米管气体传感器的未来发展方向

正如早期基于CNT的气体传感器模型所证明的那样,SWCNT对多种气体表现出独特的敏感性,其中一些气体包括NO 2,NH 3和其他挥发性有机化合物。为了进一步扩展CNT的气体传感能力,最近的研究已经研究了这些材料检测六氟化硫(SF 6)的能力。

SF 6的化学惰性和介电强度使该材料广泛用作气体绝缘开关设备(GIS)中的电绝缘体和灭弧介质。当此类设备长时间运行时,SF 6更有可能分解为多种化学物质,包括二氧化硫(SO 2),硫化氢(H 2 S),硫酰氟(SO 2 F 2),四氟甲烷(CF 4)和亚硫酰氟(SOF 2)。这些化学物质进入设备,引起腐蚀并最终加速其失效的能力已引起研究人员对检测这些SF 6的兴趣 分解的组件。

不幸的是,理论和实验研究都未能成功地提高CNT对SF 的敏感性但是,SF 的分解成分已通过各种理论上基于CNT的传感器成功检测到。为此,研究人员发现,固有的CNT,以及通过掺杂或通过添加官能团进行修饰的CNT,都可能检测到某些常见的SF 6分解组分。虽然仍必须进行进一步的实验研究以验证这些预测,但基于CNT的气体传感器的高灵敏度和快速响应时间为解决SF 6相关设备的停机和维修提供了有希望的未来

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关键词: 碳纳米管传感器
 
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