氧等离子体改性ZnO纳米纤维的制备与丙酮气体传感器性能研究

本研究论文探讨了氧等离子体处理在ZnO纳米纤维材料制备中的应用以及这种处理方式对其丙酮气体传感器性能的影响。通过电纺法成功合成ZnO纳米纤维，后续进行氧气等离子体处理，以提升其结构与性能。研究采用了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、Brunauer-Emmett-Teller (BET) 平衡量热法和X射线光电子能谱(XPS)等先进的表征技术，来深入分析处理前后样品的微观结构、晶体结构、比表面积及元素组成。 首先，电纺法制备的ZnO纳米纤维具有独特的纤维状结构，其基础性质对于气体敏感性至关重要。通过等离子体处理，可能是通过引入更多的活性位点，或者改变表面化学状态，从而增强材料对丙酮分子的吸附能力。XRD结果显示，处理后的ZnO纳米纤维可能具有更稳定的晶格结构，这对于提高传感器的响应速度和稳定性是有益的。 SEM和SEM图像展示了处理前后的形貌变化，这可能揭示了等离子体处理如何改变纳米纤维的孔径、粗糙度或连通性，这些因素均影响着气体分子在材料表面的扩散效率。BET测量则揭示了等离子体处理可能增加了ZnO纳米纤维的比表面积，这有利于更大的气体接触面积和更高的传感灵敏度。 XPS分析提供了关于材料表面元素价态的深入信息，如氧元素的变化可能反映了等离子体处理对氧化锌表面氧化状态的影响，这对于理解丙酮吸附和反应过程至关重要。此外，等离子体处理可能改变了ZnO纳米纤维的电子结构，这可能影响了传感器对丙酮的电导率变化响应。 在气体传感性能方面，经过氧等离子体处理的ZnO纳米纤维表现出更高的丙酮气体敏感性和选择性。由于等离子体处理优化了纳米纤维的表面特性，使得它们对丙酮分子有更强的吸附和反应能力，因此在一定浓度范围内，传感器对丙酮的响应迅速且明显。研究还考察了温度和湿度等因素对传感器性能的影响，以优化工作条件。 这篇论文不仅提供了ZnO纳米纤维的新型制备方法，而且通过实验数据详细阐述了氧等离子体处理如何显著改进了材料的结构特性和丙酮气体传感性能，为设计和开发高性能的丙酮气体传感器提供了有价值的科学依据。这项研究对于推进纳米材料在气体传感器领域的应用具有重要意义。