本文選題：錫氧化物　切入點(diǎn)：水熱法　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：目前,高性能氣體傳感器越來越成為環(huán)境檢測、疾病診斷的必備器材。錫氧化物憑借其成本低廉、功能廣泛一直是高性能氣體傳感器研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本論文以研究錫氧化物分級微納米結(jié)構(gòu)材料的制備及其氣敏特性為目標(biāo),主要利用水熱法制備出幾種獨(dú)具形貌的錫氧化物半導(dǎo)體微納米結(jié)構(gòu)材料,根據(jù)Gibbs-Wulff晶體生長定律和吸附脫附模型分別提出了相應(yīng)的生長機(jī)制和氣敏機(jī)理;通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化和組分優(yōu)化研究了樣品形貌對氣敏響應(yīng)值的具體影響。主要內(nèi)容如下:1.研究了SnO_2類水母分級微納米結(jié)構(gòu)材料的制備及其氣敏特性。應(yīng)用水熱法,探討PVP和CTAB加入比例、生長溫度和生長時(shí)間等不同生長條件對樣品幾何參數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并在最優(yōu)條件下獲得了SnO_2類水母分級微納米結(jié)構(gòu)樣品。根據(jù)Gibbs-Wulff晶體生長定律,提出了類軟模板晶向生長機(jī)制。在丙酮?dú)怏w中該結(jié)構(gòu)材料傳感器表現(xiàn)出的良好氣敏性能:較低的最佳工作溫度(240℃);在100ppm丙酮?dú)怏w中響應(yīng)值可達(dá)30;在10 ppm時(shí),其響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間較快分別為2s和23 s。本文應(yīng)用具有幾何參數(shù)優(yōu)勢的吸附和脫附模型解釋了其氣敏傳感機(jī)理。2.研究了SnO_2類雪松分級微納米結(jié)構(gòu)材料的制備和氣敏特性。應(yīng)用水熱法,探討了調(diào)控生長和退火條件對樣品構(gòu)型結(jié)構(gòu)優(yōu)化的作用,并在最優(yōu)條件下獲得了SnO_2類雪松分級微納米結(jié)構(gòu)樣品。根據(jù)Gibbs-Wulff晶體生長定律,提出晶向擇優(yōu)生長機(jī)制。該結(jié)構(gòu)材料傳感器在甲醛氣體中表現(xiàn)出了快捷的氣敏響應(yīng);較低的最佳工作溫度(200℃);在100 ppm甲醛氣體中響應(yīng)值可達(dá)13.3,響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為小于1 s和13 s。本文應(yīng)用具有構(gòu)型優(yōu)勢的吸附和脫附模型來解釋其氣敏傳感機(jī)理。3.研究了薄片狀SnO_2納米結(jié)構(gòu)材料的制備及其氣敏特性。應(yīng)用水熱法,通過改變晶面表面能,控制生長時(shí)間,探討了調(diào)控樣品晶粒尺寸對樣品結(jié)構(gòu)優(yōu)化的作用,并在最優(yōu)條件下獲得了薄片狀SnO_2納米結(jié)構(gòu)材料樣品。根據(jù)Gibbs-Wulff晶體生長定律,結(jié)合成核控制機(jī)理,提出了調(diào)整表面能的單晶生長機(jī)制。該結(jié)構(gòu)材料傳感器在甲醛氣體中也表現(xiàn)出了快速的氣敏響應(yīng)特性;具有較低的最佳工作溫度(240℃);在100 ppm甲醛氣體中的響應(yīng)值可達(dá)7,響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為小于1 s和6 s。本文應(yīng)用具有晶粒尺寸優(yōu)勢的吸附和脫附模型來解釋其氣敏傳感機(jī)理。4.研究了p-N異質(zhì)結(jié)SnO-SnO_2分級微納米結(jié)構(gòu)材料的制備及其常溫氣敏特性。應(yīng)用水熱法,探討了調(diào)控退火氧化溫度對樣品組分優(yōu)化的作用,并獲得了p-N異質(zhì)結(jié)SnO-SnO_2分級微納米結(jié)構(gòu)材料樣品。根據(jù)Gibbs-Wulff晶體生長定律,結(jié)合多核層和擴(kuò)散控制生長機(jī)理,提出粒子濃度漲落、擇優(yōu)晶面生長、氧化成形的生長機(jī)制;確定了異質(zhì)結(jié)的價(jià)態(tài)構(gòu)成和異質(zhì)界面。測定并對比了所有樣品傳感器的靈敏度。其中500℃退火后的樣品,在常溫常壓下,在200 ppb NO2氣體中的響應(yīng)值可達(dá)2.5,響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為小于57 s和5 min。該結(jié)構(gòu)材料傳感器對NO2氣體呈現(xiàn)出相對良好的氣敏性能和濕敏穩(wěn)定性。本文提出了異質(zhì)界面、氧空位和吸附脫附多種模型來解釋其氣敏傳感機(jī)理。
[Abstract]:At present, high performance gas sensor has become more and more environmental testing, necessary equipment for disease diagnosis. Tin oxide with its low cost, wide range of functions has been a hot research field of high performance gas sensor. This thesis studies the classification of tin oxide micro nano structure materials and gas sensing properties of preparation for the target, mainly by hydrothermal method preparation of tin oxide semiconductor several unique morphologies of micro nano structure materials, according to the growth mechanism of the gas sensing mechanism and brings forward Gibbs-Wulff crystal growth law and adsorption desorption model; through the structure optimization and optimization of component of the specific impact value of the sample topography response of the gas sensors. The main contents are as follows: 1. the study of the SnO_2 class jellyfish classification of micro nano structure materials preparation and gas sensing properties. Application of hydrothermal method on PVP and CTAB join ratio, growth temperature and growth time etc. The same growth conditions on the structure optimization of the geometric parameters of the samples, and obtained the SnO_2 classification of micro nano structure samples jellyfish under optimal conditions. Based on the Gibbs-Wulff crystal growth law, put forward the soft template to the crystal growth mechanism. Good gas sensing properties of the structure material of the sensor shown in acetone in the gas: the best low working temperature the (240 DEG C); the response value of up to 30 100ppm in acetone; at 10 ppm, the adsorption of faster response and recovery time were 2S and 23 S. in this paper has the advantage of geometric parameters and the desorption model explains the gas sensing mechanism of.2. on the SnO_2 class cedar grade micro nano structure materials preparation and gas sensing properties. Application of hydrothermal method, discusses the growth and annealing conditions to control the sample configuration structure optimization, and obtained the SnO_2 classification of micro nano structure in Cedar samples under the optimum conditions. According to the G Ibbs-Wulff crystal growth law, put forward to the crystal preferential growth mechanism. The structure of the material sensor in the formaldehyde gas showed quick response of gas; best working low temperature (200 DEG C); the response value of up to 13.3 in 100 ppm formaldehyde gas, response and recovery time are less than 1 and 13 s adsorption this paper has the advantages of S. application configuration and desorption model to explain the gas sensing mechanism of.3. on SnO_2 flake nanostructured materials preparation and gas sensing properties. Application of hydrothermal method, by changing the crystal surface energy, control the growth time, discusses the regulation of grain size of sample structure optimization effect and get a sheet shaped SnO_2 nanostructure materials under optimal conditions. According to the Gibbs-Wulff law of crystal growth, combined with the nucleation control mechanism, proposed single crystal growth mechanism can adjust the surface structure of the sensor material. The formaldehyde gas also showed the gas sensitive fast response characteristics; with the best working temperature is low (240 DEG C); in response to 100 ppm of formaldehyde gas in adsorption value can reach 7, the response and recovery time with grain size advantage were less than 1 s and 6 s. in this paper and the desorption model the gas sensing mechanism of.4. p-N heterojunction SnO-SnO_2 grade micro nano structure materials preparation and gas sensitive properties. The application of hydrothermal method, discusses the optimization of annealing temperature of oxidation control sample function, and obtained the p-N heterojunction SnO-SnO_2 grade micro nano structure materials based on Gibbs-Wulff crystal samples. The growth law, combined with the growth mechanism of multi core layer and diffusion, a new particle concentration fluctuation, preferred crystal growth, the growth mechanism of oxide forming; the heterojunction valence structure and heterogeneous interface. Determination and compares all The sensitivity of sensor samples. The samples annealed at 500 C after which, under the normal temperature, the response at 200 ppb in NO2 gas is 2.5 and the value of the response and recovery time were less than 57 s and 5 min. The structure of NO2 gas sensor material showed good gas sensing properties of relative humidity and stability is proposed. The interface, the oxygen vacancy and the adsorption desorption of various models to explain the gas sensing mechanism.

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1

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