本文關(guān)鍵詞：基于摻雜、表面修飾及材料復(fù)合等方法提高氣體傳感器氣敏性能的研究

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【摘要】：隨著人們對于環(huán)境安全與保護關(guān)注的日益增加,傳感器作為一種簡單便捷的檢測手段逐漸走入人們的視線。其中氣體傳感器與人們的生活休戚相關(guān),例如工業(yè)中排放出來的氮氧化物、硫化物、以及室內(nèi)裝修釋放出來的甲醛、甲苯等有毒有害氣體不僅污染環(huán)境,同時也會引起各種疾病,危害人們的身體健康。為了更好的檢測這些有毒有害氣體,避免對人們的身心造成傷害,科研工作者們開始致力于制備高響應(yīng)度、快速響應(yīng)恢復(fù)、高選擇性和穩(wěn)定性的氣體傳感器。其中金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器由于其制備工藝簡單,成本低廉,性能優(yōu)良,被視為最主要的氣體傳感器之一。到目前為止人們已經(jīng)嘗試用不同方法制備出了形貌各異的半導(dǎo)體敏感材料,但是純的半導(dǎo)體敏感材料氣體傳感器存在很多不足之處,如響應(yīng)度不高,響應(yīng)時間長,抗干擾能力差等,因此人們開始采用摻雜、表面修飾以及材料復(fù)合等方法提高材料的氣體敏感性能。本次論文主要內(nèi)容劃分為以下四個部分:第一,通過靜電紡絲方法合成氧化錫納米纖維敏感材料,為提高其氣體敏感性能利用貴金屬的催化作用,在納米纖維表面修飾貴金屬鈀納米粒子;第二,采用水熱方法合成氧化錫納米球材料,通過氧化銦和貴金屬鈀雙摻雜提高其氣體敏感性能;第三,通過兩步水熱方法合成花狀氧化鋅納米材料,之后在表面修飾貴金屬金并探索其氣體敏感性能;第四,通過水熱方法合成氧化鎳納米立方材料,再一次水熱合成氧化鎳/氧化錫納米復(fù)合材料,高溫煅燒形成中空結(jié)構(gòu)并探索其氣體敏感性能。論文中具體探索了一維和三維金屬氧化物半導(dǎo)體敏感材料,利用XRD、SEM、EDX、TEM、XPS、BET等手段對合成材料進行表征,并測試其氣體敏感性能。純的金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的氣體敏感性質(zhì)不佳,為了進一步提高傳感器的氣體敏感性能我們采用了摻雜、表面修飾及材料復(fù)合的方法,實驗結(jié)果表明對于100 ppm甲醛氣體進行測試,鈀表面修飾的氧化錫納米纖維氣體傳感器較于純的氧化錫納米纖維材料響應(yīng)度提高兩倍,最佳工作溫度有所降低,響應(yīng)恢復(fù)時間變快,這對于傳感器的實際應(yīng)用大有裨益;銦和鈀雙摻雜的氧化錫納米材料氣體傳感器的響應(yīng)度較于純的氧化錫納米材料氣體傳感器提高很大,響應(yīng)恢復(fù)時間也有很大的改善;金表面修飾的花狀氧化鋅納米材料的氣體傳感器對于丙酮有很好的氣體敏感性能,對于100 ppm丙酮響應(yīng)度達到18.8;中空氧化鎳和氧化錫納米復(fù)合材料氣體傳感器對于100 ppm乙炔氣體響應(yīng)度達到13.8,比純的氧化錫納米材料氣體傳感器響應(yīng)度提高兩倍,此外響應(yīng)恢復(fù)特性、選擇性及穩(wěn)定性都有明顯改善。復(fù)合材料氣敏性能的提高主要是由于異質(zhì)結(jié)構(gòu)的存在,其次中空結(jié)構(gòu)擁有更大的比表面積,為待測氣體提供更多的吸附位點,進一步提高傳感器的響應(yīng)度及響應(yīng)恢復(fù)特性。
【關(guān)鍵詞】：摻雜 表面修飾 材料復(fù)合 氣體傳感器
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;TP212
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 傳感器11-12
• 1.1.1 傳感器定義11
• 1.1.2 傳感器分類11-12
• 1.2 氣體傳感器12-13
• 1.2.1 概述12-13
• 1.2.2 氣體傳感器的分類13
• 1.3 納米材料13-16
• 1.3.1 一維納米材料14-15
• 1.3.2 二維納米材料15
• 1.3.3 三維納米材料15-16
• 1.4 納米材料合成方法16-18
• 1.4.1 水熱溶劑熱法16-17
• 1.4.2 靜電紡絲法17-18
• 1.5 傳感器制備流程與性能測試18-19
• 1.6 本論文的主要工作19-20
• 第二章 鈀表面修飾的氧化錫納米纖維氣體傳感器的研究20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 實驗部分20-22
• 2.2.1 實驗準(zhǔn)備20-21
• 2.2.2 材料制備21-22
• 2.3 結(jié)果與討論22-29
• 2.3.1 材料表征22-25
• 2.3.2 氣敏性能分析25-28
• 2.3.3 機理解釋28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 雙摻雜氧化錫納米球氣體傳感器的研究30-39
• 3.1 引言30
• 3.2 實驗部分30-32
• 3.2.1 實驗準(zhǔn)備30-31
• 3.2.2 材料制備31-32
• 3.3 結(jié)果與討論32-38
• 3.3.1 材料表征32-34
• 3.3.2 氣敏性能分析34-37
• 3.3.3 機理解釋37-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 金修飾花狀氧化鋅納米材料氣體傳感器的研究39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 實驗部分39-41
• 4.2.1 實驗準(zhǔn)備39-40
• 4.2.2 材料制備40-41
• 4.3 結(jié)果與討論41-49
• 4.3.1 材料表征41-44
• 4.3.2 氣敏性能分析44-48
• 4.3.3 機理解釋48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第五章 中空NiO/SnO_2納米復(fù)合材料的合成及其氣敏性能的研究50-62
• 5.1 引言50
• 5.2 實驗部分50-52
• 5.2.1 實驗準(zhǔn)備50-51
• 5.2.2 材料制備51-52
• 5.3 結(jié)果與討論52-61
• 5.3.1 材料表征52-57
• 5.3.2 氣敏性能分析57-60
• 5.3.3 機理解釋60-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 第六章 結(jié)論62-64
• 參考文獻64-68
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果68-69
• 致謝69

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