成果簡介
封閉空間中的氨等有毒和刺激性氣體會以不顯眼的方式破壞呼吸系統。當人類處於不可預測的氣體環境中時，需要監測高風險氣體。電容式感測器被認為是應用於封閉空間非接觸式氣體感測的理想選擇。本文，東南大學韓磊副教授團隊在《Adv. Mater. Technol》期刊發表名為“Capacitive Ammonia Sensor Based on Graphene Oxide/Polyaniline Nanocomposites”的論文，研究為電容式氨感測器開發了一種基於勢壘電容理論的創新模型。一種基於氧化石墨烯/聚苯胺 (GO/PANI) 奈米複合材料的電容式氨感測器，可連線到外殼空間（管道、儲罐等），並具有高靈敏度（49.3×10–5ppm) 和快速響應 (≈200 s) 在 0–100 ppm 的氨濃度範圍內。特別是，GO/PANI 奈米複合材料被建模為勢壘電容。氨感測器的模型被描述為由吸附的氨分子注入電子引起的GO/PANI勢壘電容中空間電荷區的寬度變化。模型的變化趨勢與實驗結果一致。理論和實驗結果之間的氨濃度範圍為 0-100 ppm 時，最大偏差限制在9.25%。該模型能夠完成電容式氨感測器的準確定量分析，為其他電容式氣體感測器提供啟示。
圖文導讀
圖1、GO/PANI 氨感測器和製造方法的圖示。
圖2、GO/PANI感測膜的形態和特性
圖3、a) 測試平臺和等效電路示意圖。b) GO/PANI 氨感測器上的自制天線。c) 對 60 ppm 氨的響應。d) GO/PANI 氨感測器的氣體選擇性。
圖4、a,b) 純 GO 膜在10和100ppm氨氣下的響應。c,d) GO/PANI感測膜在10和100ppm 氨氣下的響應。
圖5、a,b) GO/PANI 氨感測器和純 GO 氨感測器對不同氨濃度的感測器響應。c) 靈敏度曲線。d) 響應和恢復時間。e) GO/PANI 氨感測器與類似氨感測器的效能比較。
圖6、a) GO/PANI勢壘電容對氨的感測示意圖。b) GO/PANI 勢壘電容的能帶。c) 理論和實驗結果的歸一化敏感性。d) 理論和實驗結果之間的偏差。
文獻：
https://doi.org/10.1002/admt.202101247
