靜電紡絲法制備二氧化錫納米纖維在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用研究

摘 要：二氧化錫納米纖維具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，并且具有易合成的特點(diǎn)，已被廣泛的應(yīng)用于傳感領(lǐng)域，它不僅僅可以被用于很多氣體的探測(cè)，還可以進(jìn)行濕度、紫外線的探測(cè)。文章在敘述二氧化錫納米纖維所具備的優(yōu)異性能的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)單介紹了二氧化錫納米纖維探測(cè)氣體、濕度、紫外線的原理，并例舉了近幾年二氧化錫納米纖維在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：二氧化錫 納米纖維 靜電紡絲

中圖分類號(hào)：TQ343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）08（a）-0140-02

二氧化錫（SnO2）在室溫下的禁帶寬度為3.6 eV，是一種重要的寬帶隙半導(dǎo)體材料。SnO2所具有的優(yōu)異性能，使它成為了一種優(yōu)異的敏感材料，被廣泛應(yīng)用于傳感領(lǐng)域，特別是在氣體敏感[1]、濕度敏感[2]、紫外探測(cè)[3]等方面。

相比于二維、三維納米材料，一維納米材料具有更大的比表面積以及更加優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，已成為構(gòu)建納米器件的理想模塊[4]。與傳統(tǒng)方法相比，靜電紡絲法制備一維納米材料具有成本低、效率高的特點(diǎn)，基于以上，靜電紡絲法制備二氧化錫納米纖維具有良好的應(yīng)用前景并且已引起廣泛關(guān)注。該文綜述了近年來利用靜電紡絲法制備SnO2納米纖維并應(yīng)用于傳感領(lǐng)域的研究成果。

1 靜電紡絲法制備SnO2納米纖維用于氣體和濕度探測(cè)

SnO2作為一種含有本征氧空位的n型半導(dǎo)體，當(dāng)氣體分子在其表面形成吸附時(shí)，其電導(dǎo)率容易發(fā)生發(fā)變化。氧分子或水分子吸附其表面時(shí)，會(huì)使其電導(dǎo)率下降；還原性氣體吸附其表面時(shí)，會(huì)使其電導(dǎo)率升高[5]。

1.1 靜電紡絲法制備SnO2納米纖維在氣體探測(cè)中的應(yīng)用

張彤等[6]利用靜電紡絲法得到了直徑在80～150 nm之間的SnO2納米纖維，另外，張基于所制備納米纖維制作了燒結(jié)型旁熱式氣敏元件，用于甲苯氣體的檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，350 ℃下，在甲苯濃度為50 ppm時(shí)，元件靈敏度高達(dá)300%，并且具有較快的響應(yīng)與恢復(fù)。

具有中空結(jié)構(gòu)的納米纖維相比普通納米纖維具有更高的比表面積。Kadir等[7]利用靜電紡絲法制備了具有中空結(jié)構(gòu)的SnO2納米纖維，并發(fā)現(xiàn)納米纖維的直徑可以通過調(diào)節(jié)前驅(qū)液中聚丙烯腈的含量進(jìn)行調(diào)控，測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在最佳工作溫度（150 ℃）下，實(shí)驗(yàn)制備的SnO2納米纖維對(duì)濃度為1%的氫氣靈敏度約為240%，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為21 s和330 s。

1.2 靜電紡絲法制備SnO2納米纖維在濕度探測(cè)中的應(yīng)用

Pascariu等[8]利用靜電紡絲技術(shù)和退火工藝制備了NiO-SnO2納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)，所制備納米纖維具有多孔結(jié)構(gòu)，并且NiO的存在使材料的濕敏性能大大提高，在室溫（25 ℃）條件下，在0～100%RH濕度環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在100%RH條件下，其靈敏度達(dá)85%，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間僅為18.4 s和37.2 s。

合適的摻雜會(huì)對(duì)材料的性能有較大提高。Song等[9]將無機(jī)材料KCl摻入SnO2納米纖維中以改善純SnO2納米纖維的性能，并且在室溫、11%～95%RH的濕度環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)KCl與SnO2的質(zhì)量比達(dá)15%時(shí)，具有最佳的感濕性能：較小的濕滯回差、較好的重復(fù)再現(xiàn)性、較快的響應(yīng)（約5 s）、較快的恢復(fù)（約6 s）。

2 靜電紡絲法制備SnO2納米纖維用于紫外探測(cè)

SnO2是一種n型半導(dǎo)體材料材料，當(dāng)置于空氣中時(shí)，空氣中的氧氣就會(huì)吸附于SnO2納米材料表面，并且與材料中的電子相結(jié)合，形成氧離子，由于材料內(nèi)部電子減少，因此，材料電導(dǎo)率降低，暗狀態(tài)下的電流也就較小；而當(dāng)紫外光照射到SnO2納米材料表面時(shí)，SnO2納米材料中會(huì)產(chǎn)生大量的空穴-電子對(duì)，產(chǎn)生的空穴來到表面與氧離子相結(jié)合釋放氧，故此時(shí)材料中的電子濃度升高，材料的電導(dǎo)率升高，通過它的電流也隨之增大。因此，SnO2納米材料可以構(gòu)成優(yōu)異的光電探測(cè)器件。

李小東[10]首先利用靜電紡絲法制備了具備金紅石相的SnO2納米纖維，然后將其沉積于FTO導(dǎo)電基底上，最后利用溶液異質(zhì)外延生長(zhǎng)技術(shù)得到了TiO2-SnO2樹枝狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，零偏壓下，在強(qiáng)度為40 mW/cm2、波長(zhǎng)為365 nm的紫外光照射下，文章所述結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的紫外探測(cè)性能：高開關(guān)比（約4 550）、快響應(yīng)（約0.03 s）、快恢復(fù)（約0.01 s）。

3 結(jié)語

SnO2納米纖維不僅僅具有良好的物理化學(xué)性能，而且具有成本低、容易量產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已成為近些年來的研究熱點(diǎn)之一。盡管如此，SnO2納米纖維于傳感領(lǐng)域的應(yīng)用仍然存在一定的問題，比如：環(huán)境溫度、環(huán)境的復(fù)雜性等因素都有可能對(duì)材料產(chǎn)生影響，這些問題限制了SnO2納米纖維的廣泛應(yīng)用。因此，仍舊需要進(jìn)一步研究，改善得到對(duì)環(huán)境要求不苛刻的材料，獲得更好敏感特性。

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