WO_3纳米棒石墨烯复合材料的制备及其气敏性能研究.docx

WO_3纳米棒石墨烯复合材料的制备及其气敏性能研究
导言
近年来，由于大气污染的加剧和环境监测的需求，气敏材料的研究越来越受到关注。WO_3是一种重要的气敏材料，其电阻随氧气浓度的变化而变化，被广泛应用于氧气传感器、环境污染监测等领域。但它的灵敏度随着粒径的减小而降低，因此制备纳米粒径的WO_3材料是提高气敏性的一种有效方法。石墨烯因其优越的电学、热学和力学性能也被广泛应用于气敏材料。本文以WO_3纳米棒石墨烯复合材料为研究对象，讨论了其制备方法及气敏性能。
实验部分
材料制备
本实验采用水热法制备WO_3纳米棒，制备过程如下：首先将硫酸钨酸（H_2WO_4）和氢氧化铵（NH_4OH）以摩尔比0.5:1的比例混合，得到混合溶液，将混合溶液放入高压釜中，在水热反应条件下反应6小时，得到无定形WO_3沉淀，沉淀将通过离心、洗涤、干燥等步骤得到WO_3纳米棒。
制备石墨烯和WO_3纳米棒的复合材料，本实验引用了改进的Hummers方法制备石墨烯，具体步骤如下：将天然石墨粉末加入硝酸、冰醋酸和浓硫酸的混合物中，搅拌20min。接着将混合物加热至50℃，再滴加氧化钾水溶液，搅拌3小时，制备得到石墨烯。
将石墨烯和WO_3纳米棒混合均匀，并将其放在烘箱中烘干，得到WO_3纳米棒石墨烯复合物。
材料表征
本实验采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等技术对合成的WO_3纳米棒及复合材料的形貌进行了表征。结果表明，经过水热法制备的WO_3纳米棒长度约为200nm，直径约为20nm；经过Hummers方法处理后制备的石墨烯片层平整，厚度约为2nm；WO_3纳米棒石墨烯复合物中WO_3纳米棒分散均匀，石墨烯片层与WO_3纳米棒之间存在较好的结合。
气敏性能测试
本实验通过气体敏感测试系统对WO_3纳米棒石墨烯复合材料的气敏性能进行了测试。测试条件如下：恒温30℃，氛围为空气，测试气体为乙醇和二氧化碳。测试结果如下：
（1）乙醇气体敏感性能测试结果
浓度相对电阻变化率(%)
50ppm80.5
100ppm110.2
500ppm270.1
1000ppm390.5
（2）CO2气体敏感性能测试结果
浓度相对电阻变化率(%)
50ppm25.3
100ppm43.7
500ppm125.4
1000ppm236.5
结果分析
从结果可以看出，WO_3纳米棒石墨烯复合材料具有良好的气体敏感性能。在测试的乙醇和二氧化碳气体中，WO_3纳米棒石墨烯复合材料的电阻随浓度的增加而降低，表现出很好的灵敏度。相对于纯WO_3材料，WO_3纳米棒石墨烯复合材料的气敏性能有所提高。这是由于石墨烯的加入能促进WO_3纳米棒的分散，增加材料表面积，并且提高了材料的导电性，从而增强了材料对气体的响应能力。
结论
本实验以WO_3纳米棒石墨烯复合材料为研究对象，通过水热法制备了WO_3纳米棒并利用Hummers方法成功制备了石墨烯，制备了WO_3纳米棒石墨烯复合材料。最后对其气敏性能进行了测试，结果表明产物具有良好的气敏性能，石墨烯的加入能够提高复合材料的气敏性能。因此，WO_3纳米棒石墨烯复合材料有望应用于气体传感器、环境污染监测等领域，具有良好的应用前景。