随着汽车排放法规日趋严格，内燃机尾气中的非常规排放污染物引起了高度重视，如醛、酮和芳香烃等。甲醛是碳氢燃料的氧化产物，被世界卫生组织确认为潜在危险致癌物质。为保护环境和人类健康，甲醛监测方法和降解技术已成为降低汽车排放研究的热点之一。甲醛传感器的作用是对内燃机排放物中甲醛浓度进行准确监测，实现对燃料喷射量和喷射时间的精密控制，最终降低内燃机排放。目前，常用的甲醛传感器主要有半导体型和电流型两种。前者具有使用寿命长，信号稳定等优点，但敏感性较差; 后者具有灵敏度高，检出限低等优点，但存在高温信号不稳定等弊端。

甲醛传感器电极敏感材料制备方法主要有循环伏安法、溶胶-凝胶法、牺牲模板法和静电纺丝法等。前三种方法制备的纳米材料晶粒较大，对高温环境的甲醛传感器敏感特性有一定影响。静电纺丝法具有成本低、操作简单，可控性强和适合于大规模生产等优点，是一种高效制备纳米纤维的技术。制备的纤维具有比表面积大、孔隙率高、均一性好、易成膜和耐高温等优点，但易受到纺丝体系和制备条件限制。本研究采用双喷嘴静电纺丝技术制备SnO2-In2O3复合纳米纤维，涂敷于带有金电极的氧化铝陶瓷管表面形成敏感薄膜，Pt线固定在敏感薄膜两端作为检测电极，组成一种新型薄膜型甲醛传感器。内燃机排气温度范围为300～850℃，因此安装在内燃机后处理系统中的甲醛传感器应具备良好的温度特性。在甲醛传感器气敏性能测试装置中，研究甲醛传感器高温环境下的敏感性、动态响应、抗干扰与稳定能力等特性，为内燃机排气中甲醛浓度准确监测与控制提供理想器件。

甲醛传感器制备

SnO2-In2O3复合纳米纤维由改进后的双喷嘴静电纺丝系统制备。甲醛传感器采用旁热式烧结型结构。用去离子水将制备的SnO2-In2O3复合纳米纤维溶解制成糊状，将该糊状物涂覆于带有Au电极的氧化铝陶瓷管表面上制成传感薄膜(厚度为150～300μm)， Pt线固定在传感薄膜两端作为检测电极，电阻为35Ω的Ni-Cr加热丝焊接于陶瓷管端面，用于控制工作温度。最后将器件焊接到六角管座上得到厚膜型甲醇传感器。

通过调整高压直流电源电压大小，制备出In2O3质量百分数分别为0%，25%，40%，50%，60%和100%的 SnO2-In2O3复合纳米纤维，分别计为样品S0，S25， S40，S50，S60和S100。

X 射线衍射分析

样品S0(In2O3含量0%纳米纤维)属于四方晶系，样品 S100(In2O3含量100%纳米纤维)属于立方晶系。样品 S25，S40，S50和S60均呈现出典型的四方晶相和立方晶相共存的特征衍射峰。随着In2O3含量增加，基线清晰度逐渐增强。样品S50的XRD谱基线平整，峰型尖锐，各晶面的衍射峰强度最大。

扫描电镜分析

样品S0(In2O3含量0%纳米纤维)直径大小比较均匀，样品S100(In2O3含量100%纳米纤维)表面相对不规则并略显粗糙。样品从S0到S100纳米纤维平均晶粒尺寸分别为40.2，21.2，22.6，24.2，32.3和38.6nm。从纺丝黏度、状态和煅烧前后纳米纤维直径(表1)方面综合比较，样品S50最好。

O2-TPD谱分析

氧在SnO2-In2O3纳米纤维表面脱附行为与甲醛氧化反应相关。由SnO2-In2O3纳米纤维氧脱附量与温度关系曲线，

SnO2-In2O3纳米纤维氧脱附峰出现在250～350℃，样品S0，S25，S40，S50，S60和S100的脱附峰值温度分别为321，304，285，238，263和342 ℃。当温度大于600℃时，样品S40，S50和S60均呈现有一个高温脱附峰，持续范围分别为600～800℃，600～ 1000℃和600～900℃。由峰面积可见，S50氧脱附量最大，表明了样品S50纳米纤维对甲醛氧化能力最强。

XPS光谱分析

在SnO2-In2O3纳米纤维中，In，Sn，O的含量和表面化学形态对纳米纤维电学和光学性能有重要影响。利用X-射线光电子能谱(XPS)仪分析六种SnO2-In2O3纳米纤维样品表面化学形态，用高斯函数拟合做分峰处理，得到SnO2-In2O3纳米纤维的的XPS光谱。由样品 S50的XPS光谱可知，

样品S50的化学吸附氧与晶格氧含量最大，造成纳米纤维中氧空位数目最多，提高了传感器敏感特性。

敏感特性

以S50的SnO2-In2O3纳米纤维为敏感薄膜，选取膜厚分别为160，200，240 和 280nm的四种甲醛传感器。在500℃下，测得甲醛传感器响应与甲醛浓度和薄膜厚度之间的关系。

随着甲醛浓度增加，传感器响应逐渐增强。当甲醛浓度为0.5mg/L 时，甲醛传感器响应最小，分别为1.0， 1.5，3.4和2.2; 当甲醛浓度为50mg/L时，甲醛传感器响应达到最大，分别为7.5，8.5，16和14;与其它三款甲醛传感器相比，薄膜厚度为240nm 的甲醛传感器线性度和灵敏度最高，分别为96.8%和97.5%。

动态响应特性

在温度为650℃，甲醛浓度范围为0.5～50mg/L条件下，测得甲醛传感器动态响应曲线

薄膜厚度分别为160，200，240和280nm的四种甲醛传感器响应时间分别为84，65，23和35s，恢复时间分别为72，64，12和38s，表明薄膜厚度为240nm的甲醛传感器动态响应性能最好。

湿度特性和温度特性

在甲醛浓度为10mg/L，温度为375℃条件下，对薄膜厚度为240nm的甲醛传感器进行湿度特性测试可知，在相对湿度分别为40%，50%和60%时，甲醛传感器敏感电极在空气中的电阻值Ra分别为165.0，132.4和 116.5 kΩ，在甲醛气体中的电阻值Rg分别为32.4， 31.1和30.8 kΩ，甲醛传感器响应值Ra/Rg分别为5.1 ，4.3 和3.7。结果表明，随着相对湿度升高，电阻Ra和Rg均下降，但Ra下降幅度大于Rg。因此，随着相对湿度增加，甲醛传感器响应值将下降。在甲醛浓度为10mg/L条件下，测得甲醛传感器响应与工作温度之间的关系。

随着温度升高，甲醛传感器响应值先增大后降低；温度为350℃ 时，薄膜厚度分别为160，200，240和 280nm四种甲醛传感器响应达到最大，分别为4.2， 4.7，6.3 和5.5。当温度大于600℃ 时，甲醛传感器响应呈先增大后降低趋势，原因是此时SnO2-In2O3纳米纤维对氧高温脱附峰起主导作用。四种甲醛传感器承受最高温度分别为800，850，950和1000℃，表明薄膜厚度为240 nm的甲醛传感器温度特性最好。

抗干扰特性

为了验证甲醛传感器抗干扰能力，利用薄膜厚度为 240nm的甲醛传感器，分别对内燃机排气中的NOx、 CO、甲醛(HCHO) 、甲苯(C7H8 ) 、菲(C14H10 ) 、丙酮(C3H6O)和甲醇(CH4O) 等有害气体进行抗干扰性能测试，选取的气体浓度范围均为0.5～50mg/L。由甲醛传感器抗干扰测试结果

传感器对甲醛最敏感，对丙酮、甲醇、菲和甲苯次之，对NOx和CO最差。

重复稳定特性

将四款甲醛传感器样件分别对汽车尾气中甲醛浓度进行连续在线检测12 个月。结果表明，SnO2-In2O3纳米纤维薄膜厚度分别为160，200，240和280nm的四种甲醛传感器响应分别衰减了42.5%，38.1%，5.5% 和12.3%，响应正常时间分别为2.5，3.2，6.4和4.1个月。