新材料及其应用

本发明提供了一种铬掺杂二氧化钛纳米管-氨基修饰氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料技术领域。本发明在二氧化钛纳米管上掺杂铬离子，提高了二氧化钛纳米管的气敏性能；氨基修饰氧化石墨烯与铬离子掺杂二氧化钛纳米管复合增加了复合材料与气体接触时的吸附性，进而提高材料的灵敏度。同时，铬掺杂二氧化钛纳米管与氨基修饰氧化石墨烯的复合，在一定程度上阻止氨基修饰氧化石墨烯片层的聚合；还形成了管分散在面上的多维度结合的形式，增加复合材料对气体吸附能力，能够用来检测低浓度丙酮气体。实施例的数据表明：本发明提供的复合材料对20ppm的丙酮响应在4.091。

气体传感器是一种能检测有毒、有害、易燃气体的敏感气体元件，一般是采用金属氧化物或半导体金属氧化物材料制成的。目前已经研制出的气体传感器有半导体气体传感器、催化燃烧式气体传感器、红外气体传感器等可用于检测多种气体。其中，半导体气体传感器由于具有制备工艺简单、成本低廉、灵敏度高、响应恢复时间短、选择性稳定性好等优点，目前已经成为应用范围广泛、实用价值强的一类气体传感器。随着技术的不断提高，对半导体气体传感器的性能提出了越来越高的要求：首先要研究出新的添加剂对已开发的气敏材料的敏感特性进一步提高，使传感器的精确度更高、响应更迅速、稳定性更好等。其次，是充分利用纳米、薄膜等新材料使气体传感器性能大大改善，例如：使传感器的比表面积增大，降低使用温度，并降低成本以便于使用。

近几十年来，半导体气敏传感中的半导体材料包括TiO2、SnO2、ZnO等。它们也或多或少存在各种缺点。例如，SnO2气体传感器，易受环境温度、湿度影响，从而导致其选择性和稳定性较差，在定量化检测中受到一定限制；而ZnO气体传感器存在工作温度偏高、选择性，稳定性较差等缺点。为了改善这些半导体气体传感器的气敏性能，人们一般通过将两种半导体材料复合，或者在半导体材料中掺杂金属离子以进一步提高半导体气体传感器的气敏性。在半导体材料中掺杂金属离子是将金属离子引入到半导体材料的缺陷位置或者改变晶格缺陷，通过影响空穴和电子的运动状况、改变其能带结构、减少空穴和电子的复合几率，使电子和空穴在单位时间和单位体积内的数量增加。例如，在半导体材料TiO2中复合其它半导体材料或掺杂金属离子，可以提高半导体气体传感器的灵敏度，对其气敏效应有明显影响。但是即便在半导体材料中复合其它半导体材料或掺杂金属离子，能够提高传感器的灵敏度，但是这类传感器对丙酮依然没有很好的检测性，尤其是低浓度的丙酮。

与现有技术相比，此技术产生的有益效果：本发明提供了一种铬掺杂二氧化钛纳米管-氨基修饰氧化石墨烯复合材料，包括铬掺杂二氧化钛纳米管和氨基修饰氧化石墨烯；所述铬掺杂二氧化钛纳米管中铬离子掺杂在二氧化钛纳米管上，所述铬掺杂二氧化钛纳米管附着在所述氨基修饰氧化石墨烯上或穿插在所述氨基修饰氧化石墨烯纳米层间；所述铬掺杂二氧化钛纳米管与氨基修饰氧化石墨烯之间形成微观上的物理接触面，形成pn结半导体。

本发明在二氧化钛纳米管上掺杂铬离子，改变了管状二氧化钛的比表面积，提高了二氧化钛纳米管的气敏性能；氨基修饰氧化石墨烯与铬离子掺杂二氧化钛纳米管复合过程中可以提高材料表面的活性位点，增加了复合材料与气体接触时的吸附性，进而提高材料的灵敏度。同时，铬掺杂二氧化钛纳米管与氨基修饰氧化石墨烯的复合，在一定程度上阻止氨基修饰氧化石墨烯片层的聚合；还形成了管分散在面上的多维度结合的形式，增加复合材料对气体吸附能力，进而能够用来检测低浓度丙酮气体。实施例的数据表明：本发明提供的复合材料对20ppm的丙酮响应在4.091。