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

  更多相關(guān)文章： 氣體傳感器 碳黑 SnO_2 乙炔 CeO_2 熒光氣敏材料

【摘要】：隨著人們生活質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高和對生產(chǎn)、生活安全的逐漸重視,對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、價格便宜的優(yōu)點,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,一直以來都是SnO2氣體傳感器研究的熱點。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開始在氣敏傳感器領(lǐng)域嶄露頭角。結(jié)合SnO2材料和碳納米材料各自的優(yōu)勢,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。本論文實驗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,并測試了該碳修飾材料對多種氣體的響應(yīng)。通過XRD、SEM、Raman和HRTEM對碳修飾SnO2樣品進行成分和形貌的表征,并研究分析了退火處理對復(fù)合材料形貌和氣敏性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過碳修飾處理以后SnO2顆粒表面相對均勻的沉積了一層碳黑顆粒,氣敏測試表明該碳包覆SnO2靈敏度比于未處理的SnO2樣品低,這是因為表面連續(xù)的碳層阻礙了SnO2與氣體分子間的氣敏反應(yīng)。將上述材料進一步退火處理發(fā)現(xiàn)在相同測試條件下對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)合材料的團聚現(xiàn)象明顯減少,顆粒分布更加疏松。論文第四章實驗基于SnO2半導(dǎo)體氣敏材料,通過引入玻璃基質(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。通過分析測試結(jié)果討論了合成玻璃樣品的反應(yīng)機制,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。通過分析本論文提出了合成這種熒光玻璃的反應(yīng)機理,即SnO2和CeO2在高溫條件下都會失去氧原子,不同的是CeO2失去氧后成為Ce3+進入到玻璃中,而SnO2經(jīng)過反復(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。熒光光譜測試表明該玻璃樣品存在三個激發(fā)峰,峰值分別位于217 nm、281nm、375 nm;一個發(fā)射峰,峰值波長為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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：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 論文主要研究內(nèi)容24-25
• 第二章 實驗及測試方法25-31
• 2.1 實驗方案設(shè)計25
• 2.2 實驗試劑和儀器設(shè)備25-27
• 2.2.1 實驗試劑25-26
• 2.2.2 主要實驗設(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-可見分光光度計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 退火對碳修飾SnO_2氣敏性能和形貌的影響40-45
• 3.5.1 退火對碳修飾SnO_2氣敏性能的影響40-41
• 3.5.2 退火對碳修飾SnO_2表面形貌的影響41-43
• 3.5.3 退火對碳修飾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)機理分析和結(jié)構(gòu)討論54-56
• 4.5 光學(xué)性能測試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62-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果71-72

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙偉,張忠鎖,劉巧敏,張強;氣敏材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J];平頂山學(xué)院學(xué)報;2005年05期

2 范維濤;徐濤;田晶;柳清菊;;鈣鈦礦型復(fù)合氧化物氣敏材料的研究進展[J];材料導(dǎo)報;2009年S1期

3 吳雄;張誠;;半導(dǎo)體氣敏材料研究中的催化問題[J];化學(xué)傳感器;1990年03期

4 徐甲強,張宏忠,秦建華;半導(dǎo)體氣敏材料的合成方法及研究進展[J];鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報;2000年04期

5 宋曉嵐;閆程印;張穎;蔣雯娟;謝宏姜;;氣敏材料的研究進展及展望[J];材料導(dǎo)報;2012年11期

6 王正顯;王宅中;鐘玲;吳興惠;;化學(xué)合成偏敄酸鋅氣敏材料過程中的差熱分析研究[J];云南化工;1991年Z1期

7 張銀洪;賀蘊秋;;氣敏材料及其傳感器選擇性研究進展[J];材料導(dǎo)報;2005年06期

8 李艷;孫潔;陳婷;汪佳俐;馮依玲;鄧衛(wèi)芹;曹曉衛(wèi);王榮;;碳-離子液體凝膠氣敏材料響應(yīng)性能的研究[J];化學(xué)研究與應(yīng)用;2010年05期

9 徐甲強,沈瑜生,曾桓興,王弘;稀土摻雜α-Fe_2O_3氣敏材料研究[J];鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報;1990年04期

10 李建鄂;;鐵系氣敏材料及其化學(xué)制備技術(shù)[J];四川師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1992年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐甲強;張宏忠;秦建華;;半導(dǎo)體氣敏材料的合成方法及研究進展[A];第六屆全國氣濕敏傳感器技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2000年

2 徐甲強;王曉華;胡平;杜鵑;;近代測試技術(shù)在氣敏材料研究中的應(yīng)用[A];第八屆全國氣濕敏傳感器技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2004年

3 季秉厚;李蓉萍;;氣敏材料的光學(xué)效應(yīng)[A];第二屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1995年

4 張玉仙;張敏;張志軍;;復(fù)合稀土氧化物氣敏材料研究[A];第二屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1995年

5 鄧希敏;林淑注;郭進;;不同制備方法對Sn_2O_3氣敏材料及其性能的影響[A];首屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1992年

6 董梅;陸凡;陳誦英;;超細ZnO-SnO_2氣敏材料的制備[A];第三屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1998年

7 劉爽;張宇鵬;呂凱波;阮圣平;劉彩霞;李昕;劉聰;;三種氣敏特性分析方法的對比研究[A];2011中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集（第三卷）[C];2011年

8 陳勁波;吳興惠;李燕卿;;新型氣敏材料SrFeO_(3-x)[A];第二屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1995年

9 王毓德;吳興惠;;一種新型氣敏材料——氧敏材料Nb_2O_5的氣敏特性研究[A];第二屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1995年

10 劉杏芹;陶善文;沈瑜生;;溶膠—凝膠法制備超細γ—Fe_2O_3氣敏材料[A];第二屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];1995年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳幫烈(天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生) 指導(dǎo)老師:康衛(wèi)民(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院講師);讓氣敏材料更加靈敏[N];中國紡織報;2012年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 賈倩倩;亞穩(wěn)相WO_3納米氣敏材料的晶面調(diào)控及其對丙酮的選擇性響應(yīng)和敏感機理研究[D];天津大學(xué);2015年

2 楊留方;鐵酸鹽復(fù)合氧化物（MFe_2O_4）系列氣敏材料的制備及新型氣體傳感器的研究[D];昆明理工大學(xué);2005年

3 黃世震;納米WO_3氣敏材料及NO_2氣敏元件的研究[D];福州大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 班會濤;導(dǎo)電高分子/無機半導(dǎo)體氧化物納米復(fù)合氣敏材料的制備和敏感特性研究[D];浙江大學(xué);2016年

2 張國晨;SnO_2基復(fù)合氣敏材料的制備及其對易揮發(fā)性有機物的檢測[D];山東大學(xué);2016年

3 徐豹;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[D];電子科技大學(xué);2016年

4 張明明;金屬氧化物氣敏材料研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

5 周雪松;無機復(fù)合氣敏材料的制備及性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2010年

6 徐冬梅;基于水滑石類化合物制備復(fù)合氣敏材料[D];北京化工大學(xué);2013年

7 常劍;氧化銦基氣敏材料的催化性能及敏感機理研究[D];鄭州大學(xué);2004年

8 胡盛華;二氧化錫基硫化氫氣敏材料的改性研究[D];華東師范大學(xué);2004年

9 宗瑩;金屬氧化物氣敏材料的固相化學(xué)合成與性能研究[D];新疆大學(xué);2009年

10 賈鵬鵬;酞菁銅—無機氧化物復(fù)合半導(dǎo)體氣敏材料的制備及其性能研究[D];天津大學(xué);2009年

，

本文編號：535987