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Superior ammonia sensing properties of PET-supported polyaniline/reduced graphene oxide/zinc ferrite ternary nanocomposite thin film at room temperature
Journal of Applied Polymer Science ( IF 2.7 ) Pub Date : 2023-10-18 , DOI: 10.1002/app.54755 Soumalya Kundu 1 , Rahul Majumder 1 , Manish Pal Chowdhury 1
Journal of Applied Polymer Science ( IF 2.7 ) Pub Date : 2023-10-18 , DOI: 10.1002/app.54755 Soumalya Kundu 1 , Rahul Majumder 1 , Manish Pal Chowdhury 1
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This article introduces a ternary nanocomposite-based flexible thin film ammonia sensor developed on transparent polyethylene terephthalate (PET) substrate in the well-known in situ chemical oxidative polymerization technique. The nanocomposite consists of three different materials: polyaniline (PANI), reduced graphene oxide (rGO), and zinc ferrite (ZF). Keeping the PANI amount constant, seven PANI/rGO/ZF (PRZ) samples are produced by performing stoichiometric variation between rGO and ZF. Later on, various structural, morphological, and spectroscopic analysis of all the composite materials is accomplished with field emission scanning electron microscopy (FESEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and ultraviolet–visible spectroscopy (UV–Vis). The sensing performance of the as-produced sensors toward ammonia (NH3) is examined in the concentration range from 250 ppb to 100 ppm. The study reveals the excellent sensing ability of the PRZ3 sensor (rGO = 30%, ZF = 20%) achieving minimum and maximum responsivity values of ~51% and ~1052%, respectively, at the lowest (250 ppb) and highest (100 ppm) concentration of ammonia. The sensor also exhibits admirable repeatability, good dynamic responsivity, rapid response (tres ~2.9–5 s), moderately faster recovery (trec ~37.9–69.7 s), superb linearity against ppm variation (R2 ~ 0.989), low detection limit (~123 ppb), and exceptional selectivity toward ammonia. The substrate temperature variation divulges that room temperature (30°C) is the ideal temperature for getting outstanding responsivity of the sensor. The study is further accompanied by humidity variation in the incoming air and bending flexibility test of the substrate. A compulsory and legitimate model regarding the sensing mechanism is presented at the end.
中文翻译：
PET负载聚苯胺/还原氧化石墨烯/铁酸锌三元纳米复合薄膜在室温下具有优异的氨传感性能
本文介绍了一种基于三元纳米复合材料的柔性薄膜氨传感器，该传感器采用众所周知的原位化学氧化聚合技术在透明聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基板上开发。该纳米复合材料由三种不同的材料组成：聚苯胺（PANI）、还原氧化石墨烯（rGO）和铁酸锌（ZF）。保持 PANI 量恒定，通过在 rGO 和 ZF 之间进行化学计量变化来生产七个 PANI/rGO/ZF (PRZ) 样品。随后，通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、傅里叶光谱等对所有复合材料进行了各种结构、形态和光谱分析。变换红外光谱（FTIR）和紫外-可见光谱（UV-Vis）。在 250 ppb 至 100 ppm 的浓度范围内检查所生产的传感器对氨 (NH 3 ) 的传感性能。研究揭示了 PRZ3 传感器（rGO = 30%，ZF = 20%）出色的传感能力，在最低（250 ppb）和最高（100 ppb）时分别实现了约 51% 和约 1052% 的最小和最大响应率值。 ppm) 氨浓度。该传感器还表现出令人赞叹的重复性、良好的动态响应性、快速响应（t res ~2.9–5 s）、较快的恢复（t rec ~37.9–69.7 s）、针对 ppm 变化的出色线性度（R 2 ~ 0.989）、低检测值限值 (~123 ppb)，并且对氨具有出色的选择性。基板温度变化表明室温 (30°C) 是获得传感器出色响应度的理想温度。该研究还进一步伴随着进入空气的湿度变化和基材的弯曲柔韧性测试。最后提出了关于传感机制的强制性且合法的模型。
更新日期：2023-10-18
中文翻译：
PET负载聚苯胺/还原氧化石墨烯/铁酸锌三元纳米复合薄膜在室温下具有优异的氨传感性能
本文介绍了一种基于三元纳米复合材料的柔性薄膜氨传感器，该传感器采用众所周知的原位化学氧化聚合技术在透明聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基板上开发。该纳米复合材料由三种不同的材料组成：聚苯胺（PANI）、还原氧化石墨烯（rGO）和铁酸锌（ZF）。保持 PANI 量恒定，通过在 rGO 和 ZF 之间进行化学计量变化来生产七个 PANI/rGO/ZF (PRZ) 样品。随后，通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、傅里叶光谱等对所有复合材料进行了各种结构、形态和光谱分析。变换红外光谱（FTIR）和紫外-可见光谱（UV-Vis）。在 250 ppb 至 100 ppm 的浓度范围内检查所生产的传感器对氨 (NH 3 ) 的传感性能。研究揭示了 PRZ3 传感器（rGO = 30%，ZF = 20%）出色的传感能力，在最低（250 ppb）和最高（100 ppb）时分别实现了约 51% 和约 1052% 的最小和最大响应率值。 ppm) 氨浓度。该传感器还表现出令人赞叹的重复性、良好的动态响应性、快速响应（t res ~2.9–5 s）、较快的恢复（t rec ~37.9–69.7 s）、针对 ppm 变化的出色线性度（R 2 ~ 0.989）、低检测值限值 (~123 ppb)，并且对氨具有出色的选择性。基板温度变化表明室温 (30°C) 是获得传感器出色响应度的理想温度。该研究还进一步伴随着进入空气的湿度变化和基材的弯曲柔韧性测试。最后提出了关于传感机制的强制性且合法的模型。
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