前言

一氧化碳(一氧化碳)是一种有毒、无味、无色的空气污染物，泄漏到空气中对人体健康和环境有害。一氧化碳污染物的主要来源是汽车排放物、含碳燃料的燃烧，如天然气、煤、汽油、木材和工业活动。长时间暴露在一氧化碳中会导致头痛、恶心和呕吐、头晕，严重时会导致意识不清或死亡。长期呼出中高水平的一氧化碳会减少人体周围血红蛋白携带的氧气量，增加心脏病的风险。多年来，碳纳米管、炭黑、石墨烯、碳纳米纤维、有机材料和纳米复合材料等碳基材料已经能够吸引研究人员对气体传感的关注。特别是碳纳米管，由于其优异的机械和电学性能以及低温操作，已经被用于制造高选择性和高灵敏度的气体传感器。然而，原始碳纳米管几乎没有选择性，因此表面功能化是选择性和敏感性操作所必需的。在这方面，合适的金属氧化物或金属或导电聚合物可以附着在碳纳米管的表面，以提高传感器的选择性。最近，各种纳米复合材料，如聚苯胺(聚苯胺)-多壁碳纳米管，氧化锌/多壁碳纳米管，铂(铂)/多壁碳纳米管，铂掺杂的碳纳米管已被用作一氧化碳检测的传感材料。

研究内容

印度理工学院的研究人员提出了一种基于多壁碳纳米管-PDDA复合材料的电阻传感器，用于室温下一氧化碳气体的低浓度检测。在传感器的研制中，多壁碳纳米管-PDDA复合材料被用作传感材料，在玻璃基底上沉积叉指电极。用傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱证实了多壁碳纳米管表面的PDDA取代。在一个受控的气室中测量不同一氧化碳浓度范围从1到20 ppm的气体感应。

实验方法

该传感器采用多壁碳纳米管-PDDA复合材料作为传感材料。该传感器是在玻璃基板上开发的，玻璃基板被切割成1cm×1cm的碎片，并使用标准基板清洁方法进行清洁。通过使用掩膜在玻璃衬底上构图离子注入层，并且在玻璃衬底上热蒸发银电极。图案化的基底用紫外臭氧处理10分钟，以使多壁碳纳米管-PDDA复合材料更好地粘附在基底上。典型地，将10升多壁碳纳米管-聚二甲基硅氧烷复合溶液滴铸在图案化的基底上，并在室温下干燥。传感器被放置在一个受控的环境室内，IDEs与一个源表相连，用于电气测量。计算机控制的质量流量控制器(MFC)被用来调节进入燃烧室的一氧化碳和N2气体流量。一个100 ppm的一氧化碳气瓶用于制备5种不同浓度的一氧化碳，浓度范围从1到20 ppm。

带有传感器的一氧化碳传感测量设置示意图。

多壁碳纳米管-PDDA基一氧化碳传感器的制作步骤。

曲线(a)显示了传感器在暴露于1 ppm一氧化碳时的响应和恢复时间的测量结果。曲线(b)显示了不同浓度一氧化碳气体下的响应和恢复时间。

图(a)显示了带有实验数据的朗缪尔吸附模型(拟合线)，图(b)显示了带有实验数据的朗缪尔解吸模型(拟合线)。

结论

研究人员报道了一种以多壁碳纳米管-PDDA复合材料为传感材料的高灵敏度电阻传感器，用于检测室温下的低水平一氧化碳气体。这些传感器能够在室温下检测到1至20 ppm的极低一氧化碳浓度。该装置显示出快速一氧化碳气体传感的良好潜力。该传感器可作为便携式一氧化碳传感器应用于地下车库、隧道、发动机修理厂等室内空气质量监测。以及在诸如化学、医疗和食品工业的工业应用中。

DOI：10.1109 / JSEN.2020.3004994。