东南大学《AMT》：基于氧化石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的电容式氨传感器

成果简介

封闭空间中的氨等有毒和刺激性气体会以不显眼的方式破坏呼吸系统。当人类处于不可预测的气体环境中时，需要监测高风险气体。电容式传感器被认为是应用于封闭空间非接触式气体传感的理想选择。本文，东南大学韩磊副教授团队在《Adv. Mater. Technol》期刊发表名为“Capacitive Ammonia Sensor Based on Graphene Oxide/Polyaniline Nanocomposites”的论文，研究为电容式氨传感器开发了一种基于势垒电容理论的创新模型。一种基于氧化石墨烯/聚苯胺 (GO/PANI) 纳米复合材料的电容式氨传感器，可连接到外壳空间（管道、储罐等），并具有高灵敏度（49.3×10–5ppm) 和快速响应 (≈200 s) 在 0–100 ppm 的氨浓度范围内。特别是，GO/PANI 纳米复合材料被建模为势垒电容。氨传感器的模型被描述为由吸附的氨分子注入电子引起的GO/PANI势垒电容中空间电荷区的宽度变化。模型的变化趋势与实验结果一致。理论和实验结果之间的氨浓度范围为 0-100 ppm 时，最大偏差限制在9.25%。该模型能够完成电容式氨传感器的准确定量分析，为其他电容式气体传感器提供启示。

图文导读

图1、GO/PANI 氨传感器和制造方法的图示。

图2、GO/PANI传感膜的形态和特性

图3、a) 测试平台和等效电路示意图。b) GO/PANI 氨传感器上的自制天线。c) 对 60 ppm 氨的响应。d) GO/PANI 氨传感器的气体选择性。

图4、a,b) 纯 GO 膜在10和100ppm氨气下的响应。c,d) GO/PANI传感膜在10和100ppm 氨气下的响应。

图5、a,b) GO/PANI 氨传感器和纯 GO 氨传感器对不同氨浓度的传感器响应。c) 灵敏度曲线。d) 响应和恢复时间。e) GO/PANI 氨传感器与类似氨传感器的性能比较。

图6、a) GO/PANI势垒电容对氨的传感示意图。b) GO/PANI 势垒电容的能带。c) 理论和实验结果的归一化敏感性。d) 理论和实验结果之间的偏差。

文献：https://doi.org/10.1002/admt.202101247