东华大学材料科学与工程学院–一锅法合成氧化锡还原氧化石墨烯复合涂层织物用于快速响应/恢复速率的穿戴式氨传感器

以聚酰亚胺(PI)织物为柔性衬底，通过静电逐层自组装和原位水热法制备了氧化锡(SnO₂)/还原氧化石墨烯(rGO)复合涂层织物(PI-SnO₂/rGO)。采用FTIR、Raman、XPS和SEM对PI-SnO₂/rGO的形貌和微观结构进行了表征，并对其在室温下的氨(NH₃)传感性能进行了测试。结果表明:复合涂层中SnO₂纳米颗粒的平均尺寸约为3 nm, SnO₂与rGO之间存在较强的界面相互作用。因此，PI-SnO₂/rGO对NH₃表现出n型敏感，在50- 400ppm范围内具有良好的线性响应(R² =0.995)，高灵敏度(100ppm NH₃为5.16%)，快速响应/回收率(94 s/57 s)和优异的选择性。此外，该传感器具有良好的机械鲁棒性。2000次拉伸后，灵敏度仅下降3%。

图1. PI-SnO₂/rGO的制作流程。

图2. PI-SnO₂/rGO和PI-Sn⁴⁺/GO样品的(a)FT-IR光谱，(b)拉曼光谱，(c) XPS全光谱，(d) C1s光谱，(e) O1s光谱和(f) Sn3d光谱。

图3. (a)原始PI， (b)碱处理后Pl和(c) PI-SnO₂/rGO的SEM图像，SnO₂/rGO复合涂层的(d) TEM图像，(e) HRTEM图像和(f) SAED图像。

图4. (a) PI-SnO₂/rGO在室温下对100ppm氨的响应-恢复曲线，(b)随氨浓度的响应(插图为50- 400ppm浓度范围内的线性拟合曲线)，(c)不同氨浓度下PI-SnO₂/rGO的响应时间和恢复时间，(d) PI-SnO₂/rGO的选择性。

图5. (a) PI-SnO₂/rGO的循环稳定性，(b) 36天的传感器稳定性试验，(c)拉伸试验光学图像，(d) 2000次拉伸(10%应变)传感器稳定性，(e) 2000次拉伸后PI-SnO₂/rGO的SEM图像，(f) PI-SnO₂/rGO室温下氨传感机理方案。

相关研究成果由东华大学材料科学与工程学院、纤维材料改性国家重点实验室Fuyou Ke等人于2022年发表在Journal of Alloys and Compounds (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.167585)上。原文：One-pot synthesis of tin oxide/reduced graphene oxide composite coated fabric for wearable ammonia sensor with fast response/recovery rate。