本文關(guān)鍵詞：鈰、銀摻雜的二氧化錫單根納米帶的氣敏性能研究

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【摘要】：納米材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)而具有奇異的物理化學(xué)性質(zhì),如小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等,因而廣泛應(yīng)用于氣敏傳感器。二氧化錫是非常重要的金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料之一,被廣泛應(yīng)用于檢測(cè)各種有毒、易燃、易爆氣體。目前已發(fā)展各種方法來(lái)制備各種形態(tài)、比表面積大的納米材料,這有助于增強(qiáng)氣體與材料的表面接觸,從而提高氣敏探測(cè)能力。研究表明:在材料中摻雜稀土或貴金屬,可有效提高氣敏傳感器的氣敏響應(yīng)和選擇性�；诖�,本論文的研究工作是利用熱蒸發(fā)法制備鈰和銀摻雜的二氧化錫納米帶,設(shè)計(jì)制作單根鈰和銀摻雜的二氧化錫單根納米帶器件,并系統(tǒng)研究其氣敏特性,發(fā)展對(duì)乙醇等特種揮發(fā)性物質(zhì)高響應(yīng)、高靈敏度的氣敏器件,提升對(duì)特殊氣體的探測(cè)、監(jiān)測(cè)能力。首先用三溫區(qū)的真空管式爐制備了純凈的二氧化錫納米帶,并通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、X射線衍射(XRD)、能量色散X射線光譜(EDS)、X射線光電子能譜分析(XPS)等表征方法對(duì)納米帶的形貌、微結(jié)構(gòu)、成分等進(jìn)行表征。然后,選擇形貌良好的納米帶制作成單片納米帶器件研究其氣敏性質(zhì)。結(jié)果表明:對(duì)于酒精、丙酮、甲醛、乙二醇、一氧化碳,單根二氧化錫納米帶傳感器的最佳工作溫度為230°C,器件對(duì)100 ppm酒精的響應(yīng)最大,為3.3。其次,在相同條件下制備了鈰摻雜的二氧化錫納米帶,對(duì)其形貌結(jié)構(gòu)的分析看出納米帶的寬度明顯變寬,納米帶由Sn、O、Ce元素組成,鈰以Ce3+形式成功摻雜到二氧化錫中。對(duì)酒精、丙酮、甲醛、乙二醇、一氧化碳五種氣體的測(cè)試發(fā)現(xiàn)器件的最佳工作溫度為230°C,鈰摻雜二氧化錫單根納米帶器件對(duì)100ppm酒精的響應(yīng)為8.4,是純凈二氧化錫納米帶器件的2.6倍。對(duì)丙酮、甲醛、乙二醇、一氧化碳的響應(yīng)分別為3.32、2.03、1.97、1.21。鈰摻雜單根二氧化錫納米帶器件對(duì)酒精的的理論探測(cè)極限為156 ppb。同時(shí)發(fā)現(xiàn)濕度對(duì)器件的性能沒(méi)有任何影響。另外還制備了銀摻雜二氧化錫納米帶,并進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。單片銀摻雜二氧化錫納米帶器件對(duì)丙酮、酒精、甲醛、乙二醇、一氧化碳的最佳工作溫度為220°C,對(duì)100 ppm丙酮的響應(yīng)為7.6,是純凈的2.38倍。對(duì)100 ppm酒精、甲醛、乙二醇、一氧化碳的響應(yīng)分別為3.5、1.67、1.78、1.2。銀離子的摻雜極大地提高了二氧化錫納米帶對(duì)丙酮的氣敏特性。最后,對(duì)全文進(jìn)行總結(jié),比較鈰摻雜二氧化錫納米帶傳感器和銀摻雜二氧化錫納米帶器件的氣敏性能,發(fā)現(xiàn)這兩種器件可以廣泛應(yīng)用于對(duì)酒精和丙酮的探測(cè)。
【關(guān)鍵詞】：二氧化錫 納米帶 鈰摻雜 銀摻雜 氣敏傳感器
【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-29
• 1.1 納米材料簡(jiǎn)介11
• 1.1.1 納米材料概念11
• 1.1.2 納米材料分類11
• 1.2 納米材料的性質(zhì)11-13
• 1.2.1 小尺寸效應(yīng)11-12
• 1.2.2 表面效應(yīng)12
• 1.2.3 量子效應(yīng)12
• 1.2.4 宏觀量子隧道效應(yīng)12-13
• 1.3 納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展13-15
• 1.4 納米科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用15-19
• 1.4.1 納米技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)15-16
• 1.4.2 納米技術(shù)與光電子16-17
• 1.4.3 納米技術(shù)與環(huán)境治理17
• 1.4.4 納米材料與太陽(yáng)能利用17-19
• 1.5 納米材料的制備19-22
• 1.5.1 氣相法19-20
• 1.5.2 液相法20-22
• 1.5.3 固相法22
• 1.6 一維納米材料22-24
• 1.6.1 一維納米材料的特性22-23
• 1.6.2 一維納米材料的研究進(jìn)展23-24
• 1.7 納米傳感器24-27
• 1.7.1 納米傳感器簡(jiǎn)介24
• 1.7.2 納米傳感器分類24-25
• 1.7.3 氣敏傳感器25-27
• 1.7.4 基于二氧化錫納米材料的氣體傳感器27
• 1.8 本文的研究目的意義和內(nèi)容27-29
• 1.8.1 本文的研究目的意義27-28
• 1.8.2 本文的研究?jī)?nèi)容28-29
• 第2章 基于純凈二氧化錫納米帶的氣敏傳感器29-41
• 2.1 引言29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器介紹及實(shí)驗(yàn)過(guò)程29-34
• 2.2.1 納米帶制作的實(shí)驗(yàn)儀器29-30
• 2.2.2 純凈二氧化錫納米帶的制作流程30-31
• 2.2.3 氣相法制備納米材料的生長(zhǎng)機(jī)理31-32
• 2.2.4 電子束蒸發(fā)儀32-33
• 2.2.5 器件制作流程33
• 2.2.6 氣敏測(cè)試系統(tǒng)33-34
• 2.3 純凈二氧化錫納米帶的表征34-37
• 2.3.1 純凈二氧化錫納米帶的SEM圖34
• 2.3.2 純凈二氧化錫納米帶的TEM圖34-35
• 2.3.3 純凈二氧化錫納米帶的XRD和EDS圖35-36
• 2.3.4 純凈二氧化錫納米帶的XPS分析36-37
• 2.4 純凈二氧化錫納米帶的氣敏性能37-39
• 2.4.1 電學(xué)性質(zhì)和最佳工作溫度37
• 2.4.2 選擇性及響應(yīng)恢復(fù)曲線37-38
• 2.4.3 濃度變化曲線和探測(cè)極限38-39
• 2.5 氣敏響應(yīng)機(jī)理39
• 2.6 本章小結(jié)39-41
• 第3章 基于鈰摻雜二氧化錫納米帶的氣敏傳感器41-52
• 3.1 引言41
• 3.2 鈰摻雜二氧化錫納米帶的制備及表征41-45
• 3.2.1 鈰摻雜二氧化錫納米帶的制備41-42
• 3.2.2 鈰摻雜二氧化錫納米帶的SEM圖42
• 3.2.3 鈰摻雜二氧化錫納米帶的TEM圖42-43
• 3.2.4 鈰摻雜二氧化錫納米帶的XRD和EDS圖43-44
• 3.2.5 鈰摻雜二氧化錫納米帶的XPS圖44-45
• 3.3 鈰摻雜二氧化錫納米帶的氣敏性能45-49
• 3.3.1 電學(xué)性質(zhì)和最佳工作溫度45-46
• 3.3.2 器件選擇性46
• 3.3.3 濃度變化曲線和探測(cè)極限46-48
• 3.3.4 響應(yīng)恢復(fù)曲線48
• 3.3.5 濕度的影響48-49
• 3.4 鈰摻雜傳感器的氣敏響應(yīng)機(jī)理49-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第4章 基于銀摻雜二氧化錫納米帶的氣敏傳感器52-62
• 4.1 引言52
• 4.2 銀摻雜二氧化錫納米帶的制備及表征52-56
• 4.2.1 銀摻雜二氧化錫納米帶的制備52-53
• 4.2.2 銀摻雜二氧化錫納米帶的SEM圖53
• 4.2.3 銀摻雜二氧化錫納米帶的TEM圖53-54
• 4.2.4 銀摻雜二氧化錫納米帶的XRD和EDS圖54
• 4.2.5 銀摻雜二氧化錫納米帶的XPS圖54-56
• 4.3 銀摻雜二氧化錫納米帶的氣敏性能56-59
• 4.3.1 電學(xué)性質(zhì)和最佳工作溫度56
• 4.3.2 器件選擇性56-57
• 4.3.3 濃度變化曲線和探測(cè)極限57-58
• 4.3.4 響應(yīng)恢復(fù)曲線58-59
• 4.3.5 濕度的影響59
• 4.4 銀摻雜傳感器的氣敏響應(yīng)機(jī)理59-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第5章 論文總結(jié)及改進(jìn)62-65
• 5.1 論文總結(jié)62-64
• 5.2 改進(jìn)64-65
• 參考文獻(xiàn)65-72
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文和科研成果72-73
• 致謝73

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本文編號(hào)：1049823