0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

介绍一款新型MXene化学电阻式气体传感器

MEMS 来源:MEMS 2023-03-02 09:46 次阅读

高性能室温新型传感材料是气体传感领域的前沿研究课题之一。MXene是一类新兴的二维(2D)过渡金属碳化物/氮化物,通常通过选择性蚀刻MAX相中的Al来合成。MXene由于其独特的性质,如表面官能团丰富、多功能性、优异的溶解性、高金属导电性和高比表面积,在包括气体传感器在内的众多应用中显示出潜力。

据麦姆斯咨询报道,近日,阿拉伯联合酋长国大学(United Arab Emirates University)开发了一种由碳化钒(V2CTx)MXene衍生的海胆状五氧化二钒(V2O5)混合材料(V2C/V2O5 MXene)制备的化学电阻式气体传感器,用于室温下的气体传感应用。

所制备的传感器在室温下用作丙酮检测的敏感材料时表现出良好的性能。此外,基于V2C/V2O5 MXene的传感器对15 ppm丙酮的响应(S% = 11.9%)高于原始的多层V2CTx MXene(S% = 4.6%)。此外,该复合传感器在室温下表现出ppb级(250 ppb)的低检测限,以及不同干扰气体之间的高选择性、快速的响应-恢复时间、振幅波动最小的良好再现性和优异的长期稳定性。

这些改进的传感特性归因于多层V2C MXenes中可能形成的氢键,新形成的海胆状V2C/V2O5 MXene传感器复合物的协同效应,以及V2O5和V2C MXene界面处的高电荷载流子传输。

在本研究中,V2CTx MXene通过水热法合成。V2AlC MAX相材料的表面具有典型的致密颗粒,没有层状结构,且其表面存在着微小颗粒(1-10 μm)。在用LiF-HCl蚀刻剂进行水热处理之后,形成了具有几个或多个层的典型手风琴状V2CTx MXene。

0e7c748c-b813-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg

从V2AlC MAX相粉末合成手风琴状V2CTx MXene的过程示意图

所制备的V2CTx MXene材料在不同温度下退火以产生MXene衍生的杂化结构。V2CTx MXene样品在空气中于300、350和450°C下煅烧,并将这些样品分别命名为V2C-300、V2C-350和V2C-450。在450°C的退火温度下,V2C-450 MXene材料的层状结构转变为典型的海胆状微结构。许多刺状的线和一些微棒连接在一起,形成海胆型或花型形态。

0eb4cb3e-b813-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg

在不同温度下煅烧的V2CTx MXene的SEM图像:300°C(a)、350°C(b)、450°C(c),和在450°C空气中退火的V2C MXene衍生的海胆状V2O5结构的形成示意图(d)。

研究人员评估了基于原始V2CTx MXene和海胆状V2CTx/V2O5 MXene的两种气体传感器装置在室温(23°C)下的丙酮传感性能。与传统的基于金属氧化物的化学电阻器相比,MXene表现出正响应(电阻增加),这可能是由于其金属特性。与原始V2CTx MXene相比,海胆状V2CTx/V2O5 MXene传感器的振幅显著增加。当丙酮蒸汽浓度从0.25 ppm提高到15 ppm时,V2CTx MXene传感器的响应值也增加。

V2CTx MXene传感器对15 ppm丙酮蒸汽的响应为6.7%(S%),而海胆状V2CTx/V2O5 MXene传感器的响应为11.9%,对0.25 ppm检测限的响应为4.76%。此外,V2CTx/V2O5 MXene传感器在不同干扰气体中表现出对丙酮的高选择性,并具有快速的响应-恢复时间(115 s/180 s)、优异的再现性和长期稳定性(21天)。

0ec97f52-b813-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg

基于原始V2CTx MXene和海胆状V2CTx/V2O5 MXene的气体传感器在室温(23°C)下的丙酮传感性能。

总而言之,利用一步水热合成技术在90°C下成功制备了手风琴状V2CTx MXene。在450°C煅烧温度下,多层V2CTx MXene部分转变成海胆状V2O5结构(V2CTx/V2O5 MXene)。研究了这两种材料的形态、结构和表面特性,并评估了这两种传感器在室温下检测丙酮的效率。

V2CTx MXene的主要金属特性反映在对丙酮的积极响应中。与原始V2CTx MXene传感器相比,所制备的V2CTx MXene衍生的海胆状V2CTx/V2O5 MXene混合传感器在室温下对15 ppm丙酮显示出较高的响应(S% = 11.9)。该气体传感器在室温下表现出ppb级的低检测限(250 ppb),并且具有高选择性、长期稳定性和良好的再现性。






审核编辑:刘清

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 传感器
    +关注

    关注

    2548

    文章

    50698

    浏览量

    752065
  • 气体传感器
    +关注

    关注

    14

    文章

    540

    浏览量

    37649
  • 热处理
    +关注

    关注

    0

    文章

    115

    浏览量

    18227

原文标题:新型MXene化学电阻式气体传感器,在室温下对丙酮具有高选择性和ppb级的检测能力

文章出处:【微信号:MEMSensor,微信公众号:MEMS】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    气体传感器的类型及应用 传感器在医疗领域的应用案例

    气体传感器的类型及应用 气体传感器种用于检测气体成分和浓度的装置,广泛应用于多个领域。以下是
    的头像 发表于 11-19 15:28 443次阅读

    化学气体传感器信号放大调试经验

    非偏压:即是传感器的两级参考电压是样 ,VRE1=VRE2=200mV; 常见的电化学不带偏压传感器有:硫化氢H2S、氨气NH3、硫化氨
    发表于 11-16 11:26

    基于电阻的温度传感器原理

    原理的介绍、工作原理 电阻温度传感器的工作原理基于材料的电阻随温度变化的特性。当温度发生
    的头像 发表于 10-31 09:36 195次阅读

    气敏电阻传感器的功用是什么

    气敏电阻传感器种检测特定气体气体浓度的传感器,广泛应用于环境监测、工业安全、医疗健康等领域
    的头像 发表于 09-25 09:39 287次阅读

    气敏电阻传感器的原理是什么?简述其类型及用途

    气敏电阻传感器种利用气体电阻材料之间的相互作用来检测气体浓度的
    的头像 发表于 09-25 09:38 461次阅读

    电阻力敏传感器应用有哪些?

    电阻力敏传感器种将力的变化转换为电阻变化的传感器,广泛应用于各种领域。
    的头像 发表于 09-25 09:36 328次阅读

    气敏传感器是用来检测什么的传感器

    检测气体。它们可以是电阻的、电容的、光学的或基于电化学的。这些传感器能够响应特定的
    的头像 发表于 09-19 11:22 318次阅读

    什么是电阻传感器电阻传感器的结构和应用

    的结构     电阻传感器结构由电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动,因而可
    的头像 发表于 08-28 10:23 596次阅读

    气体传感器的工作原理汇总及各自的优缺点对比

      气体传感器是用于检查气体成份和浓度的主要器件,气体传感器的工作原理有半导体,催化燃烧,电化学
    的头像 发表于 03-23 08:41 1318次阅读

    基于质量转换的MXene-MQTF气体传感器

    MXene由于具有独特的形态、优异的比表面积和类似金属的导电性,被认为是极具潜力的气体传感材料。
    的头像 发表于 03-19 09:14 680次阅读
    基于质量转换的<b class='flag-5'>MXene</b>-MQTF<b class='flag-5'>气体</b><b class='flag-5'>传感器</b>

    电阻应变传感器是如何补偿温度的?

    电阻应变传感器是如何补偿温度的? 电阻应变传感器
    的头像 发表于 02-04 17:35 2449次阅读

    气体传感器有哪些种类 气体传感器的原理与应用

    气敏传感器种基于材料响应气体浓度变化的气体传感器。它根据不同材料对不同气体的敏感性进行工作
    的头像 发表于 02-02 13:49 1796次阅读

    用于化学战剂检测的SAW气体传感器系统开发

    由于化学战剂(CWA)威胁着世界的安全,因此开发具有快速响应、高灵敏度和小尺寸等特点的气体传感器对于早期检测化学战剂至关重要。
    的头像 发表于 01-09 09:26 1252次阅读
    用于<b class='flag-5'>化学</b>战剂检测的SAW<b class='flag-5'>气体</b><b class='flag-5'>传感器</b>系统开发

    智能家居中的电阻位置传感器

    电子发烧友网报道(文/黄山明)电阻传感器种应用较早的电参数传感器,其种类繁多,应用十分广泛,其基本原理是将被测物理量的变化转换成与之有
    的头像 发表于 01-03 00:16 1749次阅读

    MEMS热气体流量传感器及其应用选型

    气体流量传感器是基于流体传热学原理的传感器,利用 MEMS 热原理对管路
    的头像 发表于 12-28 16:26 1121次阅读
    MEMS热<b class='flag-5'>式</b><b class='flag-5'>气体</b>流量<b class='flag-5'>传感器</b>及其应用选型