本文關(guān)鍵詞：基于金屬氧化物與納米碳復(fù)合氣敏材料的制備及其性能研究

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【摘要】：隨著人們生活質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高和對(duì)生產(chǎn)、生活安全的逐漸重視,對(duì)氣體傳感器的性能也就提出了更多的要求。金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器作為氣體傳感器中研究的最多、應(yīng)用最廣泛的氣體傳感器,相比于其他氣體傳感器有著靈敏度高、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn),但也存在著穩(wěn)定性差、選擇性不唯一的不足。SnO2作為金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料中最重要的一員,如何在保證SnO2氣體傳感器較高靈敏度的前提下,盡可能的提高傳感器的穩(wěn)定新和選擇性,一直以來(lái)都是SnO2氣體傳感器研究的熱點(diǎn)。近些年碳納米材料,尤其是以石墨烯和碳納米管為代表的低維碳材料近年來(lái)開(kāi)始在氣敏傳感器領(lǐng)域嶄露頭角。結(jié)合SnO2材料和碳納米材料各自的優(yōu)勢(shì),制備綜合性能優(yōu)異的復(fù)合氣敏材料目前是氣敏傳感器發(fā)展的重要方向之一。本論文實(shí)驗(yàn)利用乙炔在高溫下的裂解反應(yīng)一步制備了碳黑與SnO2復(fù)合氣敏材料,并測(cè)試了該碳修飾材料對(duì)多種氣體的響應(yīng)。通過(guò)XRD、SEM、Raman和HRTEM對(duì)碳修飾SnO2樣品進(jìn)行成分和形貌的表征,并研究分析了退火處理對(duì)復(fù)合材料形貌和氣敏性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)碳修飾處理以后SnO2顆粒表面相對(duì)均勻的沉積了一層碳黑顆粒,氣敏測(cè)試表明該碳包覆SnO2靈敏度比于未處理的SnO2樣品低,這是因?yàn)楸砻孢B續(xù)的碳層阻礙了SnO2與氣體分子間的氣敏反應(yīng)。將上述材料進(jìn)一步退火處理發(fā)現(xiàn)在相同測(cè)試條件下對(duì)1000 ppm乙炔的靈敏度比純SnO2樣品提高了接近一倍。HRTEM分析表明退火處理后SnO2表面碳層由連續(xù)變?yōu)橄嗷シ蛛x的島狀顆粒。SEM分析也表明退火后復(fù)合材料的團(tuán)聚現(xiàn)象明顯減少,顆粒分布更加疏松。論文第四章實(shí)驗(yàn)基于SnO2半導(dǎo)體氣敏材料,通過(guò)引入玻璃基質(zhì)B2O3和稀土CeO2合成了SnO2-B2O3-CeO2熒光玻璃,合成了一種潛在的熒光氣敏材料。通過(guò)分析測(cè)試結(jié)果討論了合成玻璃樣品的反應(yīng)機(jī)制,并研究分析了玻璃樣品的熒光性能,討論其作為熒光氣敏材料的可行性。通過(guò)分析本論文提出了合成這種熒光玻璃的反應(yīng)機(jī)理,即SnO2和CeO2在高溫條件下都會(huì)失去氧原子,不同的是CeO2失去氧后成為Ce3+進(jìn)入到玻璃中,而SnO2經(jīng)過(guò)反復(fù)的分解和SnO的歧化反應(yīng)后放出O2,生成了Sn單質(zhì)和少量的SnO2顆粒。反應(yīng)中生成的O2與坩堝中的BN反應(yīng)得到B2O3玻璃。熒光光譜測(cè)試表明該玻璃樣品存在三個(gè)激發(fā)峰,峰值分別位于217 nm、281nm、375 nm;一個(gè)發(fā)射峰,峰值波長(zhǎng)為433 nm。
【關(guān)鍵詞】：氣體傳感器 碳黑 SnO_2 乙炔 CeO_2 熒光氣敏材料
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB381
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-25
• 1.1 氣敏傳感器及其分類10-11
• 1.2 金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器11-17
• 1.2.1 金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器概述11-12
• 1.2.2 金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器檢測(cè)原理12-14
• 1.2.3 金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.4 SnO_2基氣體傳感器16-17
• 1.3 碳納米材料在氣體傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用17-22
• 1.3.1 碳納米材料簡(jiǎn)介及分類17-19
• 1.3.2 碳納米材料氣體傳感器研究現(xiàn)狀19-22
• 1.4 熒光氣體傳感器研究現(xiàn)狀22-24
• 1.5 論文主要研究?jī)?nèi)容24-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)及測(cè)試方法25-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器設(shè)備25-27
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑25-26
• 2.2.2 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備26-27
• 2.3 性能表征分析方法27-31
• 2.3.1 氣敏性能測(cè)試27-28
• 2.3.2 X射線衍射分析（XRD）28
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡（SEM）28-29
• 2.3.4 透射電子顯微鏡（TEM/HRTEM）29
• 2.3.5 拉曼光譜（Raman）29
• 2.3.6 X射線光電子能譜（XPS）29-30
• 2.3.7 熒光光譜儀30
• 2.3.8 紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)30-31
• 第三章 碳修飾SnO_2氣敏材料的制備和性能分析31-46
• 3.1 引言31-32
• 3.2 碳修飾SnO_2氣敏傳感器的制備32-33
• 3.2.1 材料制備32
• 3.2.2 傳感器制備32-33
• 3.3 碳修飾SnO_2氣敏性能測(cè)試分析33-36
• 3.4 碳修飾SnO_2的成分及形貌分析36-40
• 3.4.1 晶體相成分分析36-37
• 3.4.2 拉曼散射光譜分析37-38
• 3.4.3 表面形貌分析38-40
• 3.4.4 微觀結(jié)構(gòu)和形貌分析40
• 3.5 退火對(duì)碳修飾SnO_2氣敏性能和形貌的影響40-45
• 3.5.1 退火對(duì)碳修飾SnO_2氣敏性能的影響40-41
• 3.5.2 退火對(duì)碳修飾SnO_2表面形貌的影響41-43
• 3.5.3 退火對(duì)碳修飾SnO_2微觀形貌的影響43-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第四章 SnO_2-B_2O_3-CeO_2熒光氣敏材料的制備及分析46-59
• 4.1 引言46-47
• 4.1.1 發(fā)光玻璃簡(jiǎn)介46-47
• 4.1.2 稀土發(fā)光原理47
• 4.2 熒光氣敏玻璃的制備47-48
• 4.3 熒光氣敏玻璃的成分和結(jié)構(gòu)分析48-54
• 4.3.1 晶體相成分分析49-50
• 4.3.2 微區(qū)元素成分和含量分析50-51
• 4.3.3 元素化學(xué)狀態(tài)分析51-53
• 4.3.4 表面形貌分析53-54
• 4.3.5 微觀結(jié)構(gòu)和形貌分析54
• 4.4 反應(yīng)機(jī)理分析和結(jié)構(gòu)討論54-56
• 4.5 光學(xué)性能測(cè)試56-58
• 4.5.1 熒光光譜56-57
• 4.5.2 透射光譜57-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 第五章 結(jié)論和工作展望59-61
• 致謝61-62
• 參考文獻(xiàn)62-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果71-72

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