本文關(guān)鍵詞：三氧化鎢基氣敏材料的形貌控制和銅摻雜對(duì)丙酮響應(yīng)的影響

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【摘要】：丙酮是重要的有機(jī)合成原料,也可以作為溶解許多有機(jī)化合物的重要溶劑。在常溫下丙酮就具有很高的揮發(fā)性,吸入高濃度的丙酮,會(huì)對(duì)人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)起到抑制和麻醉作用,可能造成人體肝、腎和胰腺等器官的損害。此外,丙酮還是人體代謝的一種產(chǎn)物,呼氣中丙酮濃度的高低可以反映人體的健康狀態(tài)。因此,不論是在工業(yè)生產(chǎn)或是醫(yī)療領(lǐng)域,對(duì)丙酮?dú)怏w濃度的檢測(cè)具有重要意義。金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器,由于其靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、能耗與成本低、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),廣泛地應(yīng)用于對(duì)各種目標(biāo)氣體的檢測(cè)上。WO_3是研究最多的檢測(cè)丙酮的氣敏材料之一,其氣敏機(jī)理是基于丙酮分子與吸附在WO_3表面上的氧物種的氧化還原反應(yīng)。WO_3形貌和微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控以及摻雜,可以影響氣體分子在材料表面的吸附及化學(xué)反應(yīng),從而影響材料的氣敏性能。本論文通過(guò)溶劑熱法制備了三種形貌的氧化鎢,即空心球狀、海膽狀和片狀的氧化鎢,并對(duì)空心球狀氧化鎢進(jìn)行了銅摻雜,采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、BET、TG、XPS等對(duì)所制備的材料進(jìn)行了表征,系統(tǒng)地研究了材料的形貌、微觀結(jié)構(gòu)及摻雜對(duì)丙酮的靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性的影響。主要結(jié)果如下:1)通過(guò)溶劑熱法制備了空心球狀、海膽狀和片狀的氧化鎢,其中空心球狀直徑約520 nm,表面積為110 m2/g;海膽狀直徑約460 nm,表面積為69 m2/g。研究了煅燒溫度和工作溫度對(duì)不同形貌材料的氣敏性能的影響,得到空心球狀氧化鎢經(jīng)550oC煅燒處理,在340oC的工作溫度下,對(duì)丙酮的氣敏性能最好。并研究了空心球狀氧化鎢的選擇性,在相同的條件下,對(duì)無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇、苯、甲酸、甲醛和氨水進(jìn)行氣敏測(cè)試,發(fā)現(xiàn)該材料對(duì)這些氣體,即使?jié)舛冗_(dá)到5 ppm也幾乎無(wú)響應(yīng),可見(jiàn)所制備的材料對(duì)丙酮?dú)怏w具有很高的選擇性。最后研究了相對(duì)濕度對(duì)空心球狀氧化鎢氣敏性能的影響,當(dāng)RH=15%時(shí),對(duì)0.5 ppm、1 ppm、2 ppm丙酮的靈敏度為:3.32、4.24、5.20;當(dāng)RH95%時(shí),對(duì)0.5 ppm、1 ppm、2 ppm丙酮的靈敏度為:1.65、1.81、2.23。2)對(duì)氣敏響應(yīng)最佳的空心球狀的氧化鎢進(jìn)行了銅摻雜研究。XPS研究表明,Cu2p3/2峰出現(xiàn),隨著銅的摻雜量增加,W4f向更高結(jié)合能的位移增加,說(shuō)明銅摻雜進(jìn)了氧化鎢的晶格。研究了銅摻雜量、煅燒溫度和工作溫度對(duì)空心球狀氧化鎢的氣敏性能的影響,得到3%銅摻雜的空心球狀氧化鎢經(jīng)550oC煅燒處理,在340oC的工作溫度下,對(duì)丙酮的氣敏性能最好。并研究了3%銅摻雜空心球狀氧化鎢的選擇性,在相同的條件下,對(duì)無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇、苯、甲酸、甲醛和氨水進(jìn)行氣敏測(cè)試,發(fā)現(xiàn)該材料對(duì)這些氣體,即使?jié)舛冗_(dá)到5 ppm也幾乎無(wú)響應(yīng)。最后研究了相對(duì)濕度對(duì)3%銅摻雜空心球狀氧化鎢氣敏性能的影響,當(dāng)RH=15%時(shí),對(duì)0.5 ppm、1 ppm、2 ppm丙酮的靈敏度為:4.01、4.96、7.61;當(dāng)RH95%時(shí),對(duì)0.5 ppm、1 ppm、2 ppm丙酮的靈敏度為:2.02、2.25、2.72。相對(duì)于未摻雜的空心球狀氧化鎢,銅摻雜顯然提高了對(duì)丙酮?dú)怏w的氣敏響應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：三氧化鎢 形貌控制 銅摻雜 丙酮 氣敏響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ136.13;O659
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-27
• 1.1 引言12
• 1.2 金屬氧化物氣體傳感器12-19
• 1.2.1 氣體傳感器的特性12-13
• 1.2.2 氣敏機(jī)理13-14
• 1.2.3 氣敏元件結(jié)構(gòu)14-15
• 1.2.4 金屬氧化物納米顆粒的小尺寸效應(yīng)15-16
• 1.2.5 金屬氧化物的多孔納米結(jié)構(gòu)和它們的氣敏性能16-17
• 1.2.6 金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)在納米尺度水平上的摻雜17-18
• 1.2.7 濕度18-19
• 1.3 WO_3材料19-26
• 1.3.1 基本性質(zhì)19-23
• 1.3.1.1 晶體結(jié)構(gòu)和相變19-20
• 1.3.1.2 非化學(xué)計(jì)量學(xué)的WOx的結(jié)構(gòu)20-21
• 1.3.1.3 WO_3水合物21
• 1.3.1.4 電子能帶結(jié)構(gòu)21-22
• 1.3.1.5 導(dǎo)電性22
• 1.3.1.6 鐵電性質(zhì)22-23
• 1.3.1.7 摻雜23
• 1.3.2 納米結(jié)構(gòu)WOx的合成23-25
• 1.3.2.1 氣相合成23-24
• 1.3.2.2 液相合成24-25
• 1.3.3 WOx的應(yīng)用25-26
• 1.4 本課題的提出與研究?jī)?nèi)容26-27
• 2 實(shí)驗(yàn)試劑、儀器及其研究方法27-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器27-28
• 2.3 表征方法28
• 2.4 氣敏性能測(cè)試28-30
• 2.4.1 工作原理28-29
• 2.4.2 氣敏元件的制作29
• 2.4.3 氣敏性能測(cè)試方法29-30
• 3 氧化鎢的形貌控制、表征和對(duì)丙酮的氣敏響應(yīng)30-46
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分30-31
• 3.1.1 空心球狀的氧化鎢(WO_3-H)的制備30
• 3.1.2 海膽狀的氧化鎢(WO_3-U)和片狀的氧化鎢(WO_3-P)的制備30-31
• 3.2 結(jié)果與討論31-44
• 3.2.1 溶劑熱法前體濃度對(duì)WO_3-H的影響31-32
• 3.2.2 WO_3-H的形貌和微觀結(jié)構(gòu)表征32-33
• 3.2.3 WO_3-U和WO_3-P的形貌和微觀結(jié)構(gòu)表征33-35
• 3.2.4 溶劑熱溶劑對(duì)WO_3-U和WO_3-P的影響35-36
• 3.2.5 WO_3-H-x、WO_3-U-x、WO_3-P-x（x，煅燒溫度）的形貌和微觀結(jié)構(gòu)表征36-39
• 3.2.6 不同形貌的材料的氣敏性能測(cè)試39-44
• 3.3 氣敏機(jī)理44-45
• 3.4 本章總結(jié)45-46
• 4 銅摻雜空心球狀氧化鎢的制備、表征和對(duì)丙酮的氣敏響應(yīng)46-58
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分46-47
• 4.2 結(jié)果與討論47-56
• 4.2.1 y%Cu/WO_3-H-550（y%，摻雜量）的形貌和微觀結(jié)構(gòu)表征47-50
• 4.2.2 銅摻雜空心球狀氧化鎢的氣敏性能測(cè)試50-56
• 4.3 氣敏機(jī)理56-57
• 4.4 本章總結(jié)57-58
• 5 全文結(jié)論與展望58-60
• 5.1 全文結(jié)論58-59
• 5.2 展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-68
• 致謝68

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1 ;由江西泰河山鎢礦石所萃取氧化鎢之凈化研究[J];化工學(xué)報(bào);1950年Z1期

2 徐兆華;盛奕;;由鎢錳鐵礦提取高純度氧化鎢[J];杭州大學(xué)學(xué)報(bào);1959年05期

3 金萬(wàn)逸,馬樹(shù)欽;利用火花源質(zhì)譜增值法定量分析氧化鎢[J];質(zhì)譜學(xué)雜志;1983年03期

4 王志寬;;蘭色氧化鎢中銨離子的直接蒸餾法測(cè)定[J];化工冶金;1983年04期

5 邵丙銑,陳祥君,鄭慶平,戎瑞芬;氧化鎢薄膜微型電化學(xué)器件的研究[J];分析化學(xué);1993年07期

6 張青龍;吳國(guó)友;朱華;沈毅;;納米氧化鎢薄膜的制備方法及其性質(zhì)研究[J];無(wú)機(jī)鹽工業(yè);2006年01期

7 A.K.Basu;程會(huì)文;;用干氫還原蘭色氧化鎢[J];湖南冶金;1980年01期

8 龐風(fēng)榮;;鐵水連續(xù)測(cè)溫用抗氧化鎢錸偶代鉑銠偶的試驗(yàn)研究[J];鑄造技術(shù);1990年06期

9 廖寄喬,王華;氧化鎢物理特征的分析[J];粉末冶金材料科學(xué)與工程;2002年03期

10 高麟,王世良,賀躍輝,黃伯云;絨球狀結(jié)構(gòu)氧化鎢的制備[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2004年09期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

1 蘇程裕;楊宗坤;林中魁;林文;;電漿電弧氣凝合成法制備氧化鎢奈米棒之研究[A];中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)2006年年會(huì)暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

2 余錢(qián)紅;牟婉君;謝翔;李興亮;張銳;魏洪源;;鉭摻雜球形氧化鎢的合成與性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第33分會(huì)：納米材料合成與組裝[C];2014年

3 姜文偉;陳響明;;氧化鎢微觀結(jié)構(gòu)的研究[A];2010(南昌)中西部第三屆有色金屬工業(yè)發(fā)展論壇論文集[C];2010年

4 呂彥力;徐甲強(qiáng);閆秀鑾;李超;邵晨;;摻雜對(duì)氧化鎢氨敏特性的影響[A];第三屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1998年

5 李竹影;章銘亮;楊少紅;馬云;;由溶膠-凝膠法制備的摻氧化鉬的氧化鎢薄膜的電致變色性能[A];第六屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（1）[C];2007年

6 劉飛;郭同義;李立方;莫小姝;甘海波;陳軍;鄧少芝;許寧生;;高品質(zhì)氧化鎢納米線的低溫定域制備工藝及單根納米線的物性研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

7 黃凱;潘清濤;楊豐;倪世兵;賀德衍;;氧化鎢納米針尖陣列的制備與場(chǎng)發(fā)射性能研究[A];第十六屆全國(guó)半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 記者 王怡 通訊員 叢杉;新型氧化鎢量子點(diǎn)電極材料問(wèn)世[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

2 ;氧化鎢光觸媒輕松抗菌凈化空氣[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

3 《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》 徐瑤 譯;為光伏發(fā)電捕獲更多陽(yáng)光[N];中國(guó)電力報(bào);2014年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 張克偉;氣敏和光催化導(dǎo)向的氧化鎢納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改性[D];北京化工大學(xué);2014年

2 李嘉胤;氧化鎢水合物微/納米材料的可控合成及其性能研究[D];陜西科技大學(xué);2013年

3 徐宇興;一維納米結(jié)構(gòu)氧化鎢的制備、表征和氣敏性能研究[D];清華大學(xué);2009年

4 孫士斌;低維納米結(jié)構(gòu)氧化鎢和二硫化鎢的制備及結(jié)構(gòu)研究[D];山東大學(xué);2009年

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1 郭曉曉;納米氧化鎢的制備及其光催化性能的研究[D];中北大學(xué);2016年

2 司慧蘭;三氧化鎢基氣敏材料的形貌控制和銅摻雜對(duì)丙酮響應(yīng)的影響[D];鄭州大學(xué);2016年

3 陳鋒;一維氧化鎢納米線的合成、表征及應(yīng)用[D];五邑大學(xué);2016年

4 徐英明;氧化鎢基納米材料的制備與物理化學(xué)性質(zhì)研究[D];黑龍江大學(xué);2005年

5 覃紅麗;介孔氧化鎢和硫化鎢材料的合成與表征[D];福州大學(xué);2005年

6 李葉晨;溶劑熱法制備納米氧化鎢(W_(18)O_(49))及其性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

7 王曉毅;一維氧化鎢和氧化鉬的制備及應(yīng)用研究[D];蘭州大學(xué);2009年

8 曾晶;基于陽(yáng)極氧化法的多孔氧化鎢氣敏薄膜的制備與研究[D];天津大學(xué);2012年

9 王力梅;氧化鎢基半導(dǎo)體材料的制備及性能研究[D];寧夏大學(xué);2014年

10 孫慶軍;水熱與微波水熱法合成形貌可控納米氧化鎢粉體[D];新疆大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：664192