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1、·202·化学通报2009年第3期http:PPwww.hxtb.org碳纳米管基气体传感器研究进展3张文惠张伟德(华南理工大学化学与化工学院广州510640)摘要碳纳米管具有灵敏度高、响应快和工作温度低等优异的气敏特性,近年来碳纳米管基气体传感器的研究成为研究热点。概述了碳纳米管基气体传感器的种类、结构特点、气敏性能和未来的发展方向,着重介绍了纯的碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和碳纳米管阵列的气敏特性,以及碳纳米管的修饰或碳纳米管与高分子材料、氧化物等复合对其气敏性能的影响。关键词碳纳米管修饰复合气体传
2、感器ProgressofCarbonNanotubes2basedGasSensors3ZhangWenhui,ZhangWeide(SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640)AbstractTheuniquestructureofcarbonnanotubesexhibitsfantasticphysicalandchemicalcharacteristics.Carbonna
3、notubeshavebeenconsideredpromisingmaterialsforgassensors.Thedevelopmentofcarbonnanotubes2basedgassensorshasattractedintensiveresearchinterestinthepastfewyearsbecauseoftheirexcellentgassensingpropertiessuchashighselectivity,promptresponseandlowworkingtemperatu
4、re.Thefabrication,structure,gassensingcharacteristicsandthefutureresearchtrendofcarbonnanotubes2basedgassensorsarediscussed.Gassensorsbasedonsingle2walled,multi2walledandwell2alignedcarbonnanotubesarraysareintroduced.Modificationofcarbonnanotubeswithmetals,ox
5、idesandpolymersforgassensorsisalsodiscussed.KeywordsCarbonnanotubes,Modification,Composites,Gassensors[1]1991年,Iijima首先发现了碳纳米管(CNTs),按照管壁的层数,它可分为单壁(SWNTs)和多壁(MWNTs)两种。由于碳纳米管具有独特的结构和许多奇特的性质,例如高的比表面积、超高的力学性[2]能、随着直径和手性的变化呈现金属或者半导体的导电性质等,得到了研究人员的高度关注,在场发射、分子电子器件
6、、复合体增强材料、储氢储能材料等众多领域进行了广泛研究。与传统气敏材料相比,CNTs具有高的比表面积、高的电导率、丰富的孔隙结构、相当高的表面能和稳定的理化性质,是一种有着广阔应用前景的气敏材料。CNTs可以在常温下工作,无需附加温控单元,可节约能耗,使传感器的整体结构变得简单;同导电聚合物相比,CNTs常温下理化性质稳定,可长期使用。通过修饰或复合可大大改善CNTs的气敏性能,使CNTs的综合气敏性能得到提高。已报道CNTs基气体传感器可检测多种气体或有机蒸汽如NO2、NH3、CH4、CO2、O2、乙醇、四氢呋
7、喃、苯、甲苯、环己烷等。1CNTs气体传感器111SWNTs气体传感器SWNTs气体传感器可检测的主要气体是NO2和NH3,且具有灵敏度高、响应快和工作温度低等优[3]点。缺点是恢复慢,可通过加热、紫外灯照射等方法来改善气体恢复特性。Kong等把由化学气相沉积法在分散有催化剂的SiO2PSi基片上制得一根直径118nm的单壁半导体碳纳米管(S2SWNT),以在张文惠女,25岁,博士生。从事纳米材料合成及气体传感器研究。3联系人E2mail:zhangwd@scut.edu.cn教育部高等学校博士点基金项目(200
8、70561008)资助2008206202收稿,2008208214接受http:PPwww.hxtb.org化学通报2009年第3期·203·20nm厚的镍上覆盖一层60nm金构成的金属电极,形成金属PS2SWNTP金属结构(如图1(a)所示)用于检测NO2和NH3。研究发现,当暴露在NO2或NH3中时,该结构呈现出p型半导体的性质,半导体单壁碳纳米管的电阻会增大或减小
