基于WO3纳米层/还原氧化石墨烯(rGO)纳米片的高性能异质结构乙炔传感器( High Performance Acetylene Sensor with Heterostructure Based on WO3 Nanolamellae/Reduced Graphene Oxide (rGO) Nanosheets Operating at Low Temperature )

Z Jiang W Chen L Jin F Cui Z Song C Zhu WO3 nanolamellae, reduced graphene oxide, acetylene sensing performance, gas sensing mechanism, dissolved gases in transformer oil

功能化金属氧化物/还原氧化石墨烯（rGO）杂化纳米复合材料的研制是电力设备故障诊断领域的最新研究课题之一。本工作采用可控水热法合成了不同GO含量(0.5wt%、1wt%、2wt%、4wt%)的WO3纳米粒/还原氧化石墨烯(rGO)纳米复合材料。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)、热重-导数热重-差示扫描量热(TG-DTG-DSC)、BET和光致发光(PL)等测试手段对制备的WO3气敏材料进行了形貌表征,结果表明,高质量的WO3纳米团广泛分布于石墨烯片之间。采用旋涂技术,将WO3纳米粒/还原氧化石墨烯(rGO)薄膜涂覆在交指氧化铝衬底、Au电极和RuO2加热层组成的陶瓷平面气敏元件上,并在工作温度为50～400°C的载气环境中对多种浓度的乙炔(C2H2)气体进行了气敏测试。在四种制备的样品中,GO纳米复合物含量为1 wt%时,传感器的C2H2传感性能最好,其最佳工作温度为150°C,传感器响应时间为15.0~50 ppm,响应恢复时间为52 s和27 s,检测限为1.3 ppm,长期稳定性好,重复性好。PN异质结的形成和WO3纳米团与rGO片之间的积极相互作用可能是增强纳米复合材料气敏性能的机理。此外，rGO纳米片的引入导致了合成材料的杂质化，从而产生了更多的缺陷，促进了气体吸附比表面积的增大、优异的导电性和更快的载流子输运。WO3/RGO基气敏传感器优越的气敏特性将有助于研制高性能ppm级气敏传感器，用于大型变压器油中溶解C2H2气体的在线监测。

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