GOA传感器——超快响应乙醇传感器

来源：材料科学前沿

乙醇是把双刃剑，在食品加工业、新能源产业中均应用广泛。但是，在乙醇为生活带来便利的同时，不恰当浓度的使用会造成诸多事故发生，威胁人类的人身安全。因此，对乙醇浓度的有效监控是乙醇使用过程中的重中之重。

在实际应用中，若通过乙醇传感器对乙醇浓度进行监控，则对其灵敏度和响应时间有较高的要求。最近，北京化工大学张均营和侯志灵教授研究团队将氧化石墨烯 (GO) 和苯胺 (aniline) 进行聚合生成超分子材料用于乙醇传感器，该氧化石墨烯-苯胺 (GOA) 传感器在响应时间和灵敏度方面均展现出优异的性能。GOA超分子材料为层状结构且表面粗糙，形状可塑，可被制作为尺寸、形状均可控的薄片用于传感器。

图1 (a) GOA表面的SEM图像 (b) GOA分层结构的SEM图像 (c) GOA样品的图片

GOA传感器在500 ppm-900 ppm的乙醇浓度范围内展现出了高灵敏度特性，突出的循环稳定，以及超快响应时间（27 ms），为目前文献报道中最快的响应时间。

图2 (a) GOA的I-V特性曲线 (b) GOA的乙醇依赖性 (c) 700 ppm乙醇浓度下GOA的归一化响应 (d) 在800ppm和900 ppm乙醇浓度下的归一化响应

GOA传感器对乙醇具有良好的气体选择性。该传感器本身具有较好的长周期稳定性，便于长期使用和保存。同时，研究表明600 ppm乙醇浓度下，湿度越高，GOA传感器灵敏度越高。700 ppm的乙醇浓度下，GOA传感器在60℃时处于最佳工作状态。

图3 (a) 高乙醇浓度环境中GOA的不同气体选择性 (b) 乙醇环境下，GOA的长期稳定性(c) 600 ppm乙醇浓度下，GOA的湿度依赖性 (d)500 ppm乙醇浓度下，GOA的温度依赖性

通过GOA传感器在直流电和交流电环境中的灵敏度比较测试，表明该传感器在直流电作用下灵敏度更高。

图4 (a) 无乙醇环境中阻抗的实部和虚部的频率依赖性 (b) 不同乙醇浓度下阻抗实部的频率依赖性 (c) 无乙醇环境中阻抗的虚部的频率依赖性 (d) 不同乙醇浓度下的复阻抗谱（插图为等效电路） (e) 峰频率和峰大小的乙醇依赖性 (f) 在直流电导、交流电导、电容量和虚部峰值峰值下灵敏度比较

该研究通过简单的制备方法即可得到具有突出性能的GOA超分子材料及相应的乙醇传感器，并且成本低，易于量产，对乙醇传感器的研究和实际应用具有重要的意义。