氧化锡基复合纳米棒对甲烷敏感性能及低温响应机理研究

煤矿瓦斯(主要成分是甲烷)的监测预警是煤炭安全生产的重要环节和前提条件。目前检测瓦斯气体传感器主要使用传统的旁热式电阻型锡基氧化物气敏元件，存在工作温度高、灵敏度低、及选择性差等问题。本项目拟定，以宏量制备氧化锡纳米棒为基础，合成几种不同金属掺杂的氧化锡纳米棒；以叉指电极为基板，经丝网印刷制备一种低温工作的新型光激发式气敏元件，与旁热式热激发型元件对比研究其甲烷敏感性能。着重研究敏感材料组成、结构、微观形貌与甲烷敏感性之间的依赖关系，理解基于氧化锡基纳米棒的新型气敏元件低温光激发检测甲烷的动力学机理，建立完善气敏元件对甲烷光激发低温响应的基本模型。筛选出在光激发模式下对甲烷敏感的气敏材料；敏感材料表面覆载铂、金、钯等贵金属改性，提高其选择性、灵敏度和稳定性，获得低温、高效、稳定检测煤矿瓦斯的新方案。

本研究以乙醇、甲烷、一氧化碳等气体为目标气体，开展了不同合成方法与策略下制备具有不同结构的SnO、SnO2、ZnO/SnO2、Zn2SnO4、NiO/Zn2SnO4、Au@SnO2等纳米材料的研究工作，对所合成了材料采用XRD、SEM、TEM、N2-sorption、FT-IR、TG-DTA、XPS等进行了系统的表征测试分析。系统测试了所合成材料对目标气体的敏感性能，探讨了敏感材料组成、结构、微观形貌与敏感性之间的依赖关系，初步理解了材料结构与气敏特性（灵敏度、选择性、响应-恢复时间、重复性、长期稳定性等）之间的构效关系，并深入研究了其气体敏感机理。研究了氧化锡纳米颗粒的宏量制备及其气敏性能。初步探索研究了在可见光、紫外光激发下材料气敏性能变化的规律，理解基于氧化锡基纳米材料的新型气敏元件低温光激发检测目标气体的机制。基于本研究设计制备的材料所组装制备气体传感器元件对乙醇、一氧化碳、甲烷等目标气体表现高灵敏度、优异选择性、良好的重复性和长期稳定性的特点。