一种用于湿度传感器的复合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于湿度传感器的复合物及其制备方法，所述复合物为SnO2@G-GO纳米复合物，由氧化石墨烯包裹SnO2@G纳米纤维。所制备的SnO2@G-GO纳米复合物的具有增强的湿敏特性：灵敏度高，响应速度快和恢复，重复性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到传感器
，特别涉及到一种用于湿度传感器的复合物的制备。
技术介绍
在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素(大气压强、温度)的影响。物联网已经成为未来技术发展的重要驱动。对于物联网来说，最关键的元件是各种可靠，高灵敏度，响应速度快的传感器，其中高质量的湿度传感器是其中之一。为了满足不断增长的需求，湿度传感器具有优良的性能是必要的，目前的湿度传感器并不能满足需求。
技术实现思路
本专利技术提供一种方法，目的在于获得更好的湿度传感性能。为此本专利技术提供以下方案：一种用于湿度传感器的复合物，所述复合物为SnO2@G-GO纳米复合物，由氧化石墨烯包裹SnO2@G纳米纤维。其中所述复合物由SnO2@G纳米纤维作为支架，氧化石墨烯在支架的表面上，石墨烯作为SnO2@G纳米纤维和氧化石墨烯之间柔性传导的桥梁。本专利技术还提供一种用于湿度传感器的复合物的制备方法，包括步骤：通过电纺丝制备SnO2@G纳米纤维，所制备的SnO2@G纳米纤维用作支架与氧化石
墨烯通过溶剂挥发制备SnO2@G-GO纳米复合物。其中所述所制备的SnO2@G纳米纤维用作支架通过溶剂挥发制备SnO2@G-GO纳米复合物方法包括：氧化石墨烯首先溶解在去离子水中进行超声波分散和磁力搅拌，将质量之比为GO：SnO2@G纳米纤维是1：19的SnO2@G纳米纤维和GO溶液加入到200ml乙醇和去离子水的混合溶液，将混合溶液连续在60℃下搅拌直至乙醇溶液完全蒸发。其中所述通过电纺丝制备SnO2@G纳米纤维方法包括：对PVP/SnCl2/graphene的前体溶液进行电纺丝，退火，获得SnO2@G纳米纤维。本专利技术的有益效果在于：所制备的SnO2@G-GO纳米复合物的具有增强的湿敏特性：灵敏度高，响应速度快和恢复，重复性好。附图说明图1为SnO2@G-GO纳米复合材料的合成路线的示意图。图2为SnO2@G纳米纤维及SnO2@G-GO纳米复合物的微观结构图。图3为SnO2@G-GO纳米复合物电极的macrograph和SEM图。图4为所制备的基于SnO2@G-GO纳米复合物的传感器的湿度感测原理示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本专利技术的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本专利技术，但是本专利技术能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本专利技术不受以下公开的具体实施的限制。石墨烯(G)为单原子厚的二维的SP2键合的碳层，由于其独特的结构和显着的电子特性，能够大规模用于纳米级的应用。此外，石墨烯功能化材料具有特殊的生物和化学传感特性，同时水分子即使在低湿度下，也可以有效地结合到石墨烯结构，这使得它成为湿度传感器的优选材料。石墨烯氧化物(GO)为石墨烯衍生物，其具有许多含氧官能团，如在基面上的羟基和环氧基团及在边缘处的和羰基和羧基。这些含氧官能团使得氧化石墨烯变成强亲水性的电绝缘体。由于石墨烯和氧化石墨烯是柔性的，难以直接使用它们。通常，它们被涂覆在刚性基片的表面上，如金属氧化物纳米纤维。电纺丝是一种一维纳米材料的制造技术，包括直径范围从几微米到几十纳米物质。二氧化锡(SnO2)拥有许多独特的光学和电学性质，例如显著的气体灵敏度，在可见光谱范围内具有高的光学透明性(高达97％)，低电阻率(10-4至10-6Ωcm-1)和优异的化学稳定性。柔性石墨烯及氧化石墨烯掺入电纺丝的二氧化锡纳米结构能够很好构造高敏感表面的导电独立网络，阻抗的相对大的变化将产生较高的灵敏度。本专利技术采用电纺丝技术制备二氧化锡及石墨烯纳米纤维(SnO2@纳米纤维)，由拉伸氧化石墨烯包裹通过溶剂挥发形成的SnO2@G纳米纤维得到二氧化锡及石墨烯及氧化石墨烯纳米复合材料(SnO2@G-GO纳米复合材料)。首先，SnO2@G纳米纤维形成了主体结构的支架。然后，大量的氧化石墨烯在支架的表面上生长。少量的高导电石墨烯作为SnO2@G纳米纤维和GO之间的柔性传导的桥梁，这些GO连同桥接的石墨烯形成高湿度灵敏的表面。为了满足实际应用的要求，我们使用湿度的基准为60％RH，在这个情况下，这些基于SnO2@G-GO纳米复合材料的湿度传感器表现出优良的性能，例如：高灵敏度(最多32MΩ/％RH)，快速响应和恢复时间(小于1秒)和良好的稳定性。石墨烯及氧化石墨烯的制备采用业界常规的制备方法，包括但不限于：通过微机械裂解其中高定向热解石墨是由透明胶带去皮，通过超声波分散形成石墨烯。SnO2纳米纤维和SnO2@G纳米纤维通过电纺丝制备，随后退火，所制备的SnO2@G纳米纤维被用作支架的制造通过溶剂挥发的SnO2@G-GO纳米复合物。GO被首先溶解在去离子水中用超声波分散和磁力搅拌。所述的SnO2@G纳米纤维和将GO溶液(质量之比为GO：SnO2@G纳米纤维是1：19)加入到200ml乙醇中的混合溶液和去离子水。将混合物连续在60℃下搅拌直至乙醇溶液完全蒸发，得到粉末并通过干燥烘箱保存。如图1所示，为SnO2@G-GO纳米复合材料的合成路线的示意图。首先，通过微机械裂解其中高定向热解石墨是由透明胶带去皮，通过超声波分散形成石墨烯。SnO2纳米纤维和SnO2@G纳米纤维通过电纺丝制备，对PVP/SnCl2/graphene的前体溶液进行电纺丝，退火，获得SnO2@G纳米纤维。最后，SnO2@G纳米纤维在溶液蒸发过程中被拉伸的GO逐渐包裹，形成所述SnO2@G-GO纳米复合物。其中，图1中A为SnO2纳米纤维；为B为SnO2@G纳米纤维；C为SnO2@G-GO纳米复合材料纳米纤维。如图2所示，为SnO2@G纳米纤维及SnO2@G-GO纳米复合物的微观结构图。其中，图2中的A为石墨烯嵌入SnO2纳米纤维的SnO2@G纳米纤维的TEM照片；B为高分辨透射电子显微镜的SnO2@G的纳米纤维图像；C为SnO2@G-GO纳米复合物的TEM图像；D为SnO2@G-GO纳米复合材料的SEM图像。A中可以看出SnO2@G纳米纤维良好分散，具有比较窄的粒径分布，集中在直径为100-200纳米。通过BJH法测定，所述的SnO2@G纳米纤维的平均孔径为约3.8纳米，表明GO大大促进了SnO2@G-GO纳米复合物的比表面积，并且石墨烯均匀地嵌在SnO2纳米纤维。在B的顶部部分中显示，结晶材料的晶面间距
为0.34nm，这对应于SnO2的(110)面的晶面间距。C及D中示出所述的SnO2@G纳米纤维通过拉伸GO包裹。如图3所示，为SnO2@G-GO纳米复合物电极的macrograph和SEM图。所述的SnO2@G-GO纳米复合物均匀地涂金手指电极的表面上。动态测试程序进行的参数包括灵敏度，响应/恢复时间，和稳定性。其中，A为与传感材料交叉金手指电极macrograph和SEM图；B为SnO2传感器的响应和恢复特性，分别测试SnO2粉、SnO2纳米纤维，SnO2@G纳米纤维和SnO2@G-GO纳米复合物；C为基于SnO2@的G-GO复合物的传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于湿度传感器的复合物，其特征在于，所述复合物为SnO2@G‑GO纳米复合物，由氧化石墨烯包裹SnO2@G纳米纤维。

【技术特征摘要】
1.一种用于湿度传感器的复合物，其特征在于，所述复合物为SnO2@G-GO纳米复合物，由氧化石墨烯包裹SnO2@G纳米纤维。2.根据权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述复合物由SnO2@G纳米纤维作为支架，氧化石墨烯在支架的表面上，石墨烯作为SnO2@G纳米纤维和氧化石墨烯之间柔性传导的桥梁。3.一种用于湿度传感器的复合物的制备方法，其特征在于，包括步骤：通过电纺丝制备SnO2@G纳米纤维，所制备的SnO2@G纳米纤维用作支架与氧化石墨烯通过溶剂挥发制备SnO2@G-GO纳米复合物。4.根据权利要求3所述的一种制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：林朝晖，
申请(专利权)人：福建省辉锐材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35