本文關(guān)鍵詞：納米三氧化二銦氣敏材料的制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：金屬氧化物氣敏材料具有價格低廉、制作簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好和響應恢復時間快等優(yōu)越性能而被普遍用于環(huán)境保護、食品安全、室內(nèi)環(huán)境、疾病診斷和安全預警等多個領(lǐng)域中。目前商品化的半導體金屬氧化物氣體傳感器存在著許多缺點,如工作溫度偏高、靈敏度低、恢復時間慢、選擇性和穩(wěn)定性差等,使得半導體氣體傳感器在實際的應用中受到限制。近年來,許多研究者為提高半導體氣體傳感器的氣敏性能展開了大量的研究,主要從改變化學元素組成、貴金屬表面修飾和改變微觀結(jié)構(gòu)等方面。三氧化二銦是一種重要的氣體傳感材料,可被應用于檢測各種有毒有害及易燃易爆等危險性氣體,如一氧化碳、氫氣、氮氧化合物、硫化氫等等。因此本論文通過不同的反應體系分別制備了In_2O_3納米球和Ni摻雜的In_2O_3納米粒子,系統(tǒng)地研究了材料的氣體敏感特性,提高了對硝基烷烴和芳香烴氣體檢測的靈敏度和穩(wěn)定性,減少了響應恢復時間。本文取得了以下的研究成果:利用乙二醇、1,3-丙二醇和乙醇的體系制備了In_2O_3納米球。通過粉末X-射線衍射、掃面電鏡、投射電鏡、高分辨投射電鏡、熱重和X射線光電子能譜表征了In_2O_3納米球的結(jié)構(gòu)、形貌和熱穩(wěn)定性。獲得的In_2O_3納米球是由5 nm左右的小粒子自組裝構(gòu)成的,球的尺寸大約為200-300 nm。在煅燒溫度為300°C時,In_2O_3納米球的結(jié)晶程度較弱,具有更多的表面缺陷,進而活性位點增加,吸附氧的含量增加,因此,對硝基甲烷、硝基乙烷和硝基丙烷的氣敏性能優(yōu)于煅燒溫度為400和500°C的In_2O_3納米球。140°C時,In_2O_3納米球氣體傳感器對100 ppm硝基甲烷、硝基乙烷和硝基丙烷的響應值分別是163、220和375。該傳感器對三種氣體都具有響應時間短(少于1 s)、循環(huán)穩(wěn)定性好(50次)和檢測限低(100 ppb)等優(yōu)勢。In_2O_3納米球?qū)Ρㄐ韵趸衔锉憩F(xiàn)出的高響應特性,這主要是因為硝基的強吸電子作用和低工作溫度。芳香烴化合物是指苯及其衍生物一類的化合物,作為一種重要的有機溶劑而被廣泛應用于我們的日常生活和生產(chǎn)中。但是探測低濃度的芳香烴化合物仍然是一個艱巨的任務,這是因為其化學惰性和空間位阻大大阻礙了其與敏感材料表面之間的作用。用溶劑熱法合成了純In_2O_3和Ni摻雜的In_2O_3納米粒子,450°C煅燒處理后,所得Ni摻雜的In_2O_3納米粒子的結(jié)晶程度較弱。隨著煅燒溫度的增加,晶型向立方相In_2O_3轉(zhuǎn)變,并未出現(xiàn)任何Ni及其化合物的特征衍射峰。由投射電鏡可以觀察到,Ni摻雜的In_2O_3納米粒子的晶粒尺寸大約為20-30 nm,從高分辨投射中可觀察到由于Ni的存在使樣品的晶體聚集生長受到了限制。從X射線光電能譜數(shù)據(jù)可以得出Ni摻雜的In_2O_3納米粒子的吸附氧含量高于純In_2O_3納米粒子,并得出Ni進入In_2O_3納米粒子的晶格中,形成了穩(wěn)定的置換固溶體。Ni摻雜的In_2O_3納米材料對芳香烴具有優(yōu)異的氣敏性能,對苯、甲苯和二甲苯的高響應值分別是42、18和34,而且該傳感器對三種氣體的響應速度快(少于1 s)、工作溫度低(200°C)和檢測線低(100 ppb)等優(yōu)勢。該材料制得的氣體傳感器在檢測芳香烴化合物方面具有潛在的應用。
【關(guān)鍵詞】：金屬氧化物半導體 In_2O_3 爆炸性的硝基化合物 芳香烴化合物 氣敏性能
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TP212
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-30
• 1.1 引言11-12
• 1.2 金屬氧化物半導體傳感器簡介12-20
• 1.2.1 金屬氧化物半導體傳感器的研究進展12-15
• 1.2.2 金屬氧化物半導體傳感器的類型15-16
• 1.2.3 金屬氧化物半導體傳感器的氣敏反應機理16-18
• 1.2.4 金屬氧化物半導體傳感器的性能參數(shù)18-20
• 1.3 In_2O_3半導體氣敏材料的簡介及其氣敏性質(zhì)的研究概況20-28
• 1.3.1 In_2O_3半導體氣敏材料的簡介20-21
• 1.3.2 In_2O_3氣體傳感器的性能影響因素21-26
• 1.3.3 In_2O_3氣體傳感器的應用26-28
• 1.4 本論文的選題立意及工作內(nèi)容28-30
• 第2章 In_2O_3納米球的合成及硝基化合物檢測中的應用30-46
• 2.1 引言30-31
• 2.2 實驗部分31-34
• 2.2.1 實驗試劑及原料31-32
• 2.2.2 In_2O_3納米球的合成32
• 2.2.3 樣品的表征32
• 2.2.4 半導體氣體傳感器件的制作和響應測試32-34
• 2.3 結(jié)果與討論34-45
• 2.3.1 In_2O_3納米球結(jié)構(gòu)及形貌的表征34-38
• 2.3.2 In_2O_3納米球?qū)ο趸榈臍饷粜再|(zhì)研究38-45
• 2.3.3 In_2O_3納米球?qū)ο趸榈臍饷舴磻獧C理45
• 2.4 本章小結(jié)45-46
• 第3章 Ni摻雜In_2O_3納米粒子的合成及芳香烴氣敏檢測中的應用46-58
• 3.1 引言46-47
• 3.2 實驗部分47-49
• 3.2.1 實驗試劑47
• 3.2.2 Ni摻雜的In_2O_3納米粒子的合成47-48
• 3.2.3 樣品的表征48
• 3.2.4 氣體傳感器件的制作和響應測試48-49
• 3.3 結(jié)果與討論49-57
• 3.3.1 Ni摻雜的In_2O_3納米粒子的結(jié)構(gòu)及形貌表征49-53
• 3.3.2 Ni摻雜的In_2O_3納米粒子的氣敏性能研究53-57
• 3.3.3 Ni摻雜的In_2O_3納米粒子的氣敏反應機理57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 第4章 結(jié)論與展望58-60
• 參考文獻60-81
• 碩士期間研究成果81-82
• 致謝82

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6 耿，

本文編號：388186