發(fā)布時間：2017-07-01 01:09

  本文關鍵詞：基于納米結構的化學物質檢測材料的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著社會工業(yè)化快速的發(fā)展,給人類帶來豐富的物質財富的同時,對環(huán)境及人們的生活也帶來了很嚴重的污染與破壞。例如工業(yè)廢水及廢氣的排放、汽車尾氣的排放等不僅大大的破壞環(huán)境而且對人們的人身安全也造成了嚴重的危害。因此對化學有害物質的檢測與控制就顯得非常重要。納米材料因其具有獨特的物理化學特性,因此其作為化學傳感材料比一般材料有更好的靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性等優(yōu)點。所以納米材料化學傳感器在有害物質的檢測等領域具有非常廣泛的應用及發(fā)展前景。在工業(yè)與日常生活中,氣態(tài)與液態(tài)的化學污染物是比較常見的兩種污染物類型。針對氣態(tài)化學物質的檢測主要依賴氣體傳感器,針對液態(tài)化學物質的檢測目前比較成熟的是基于表面增強拉曼光譜(SERS)的光化學傳感器。因此利用納米合成技術改進氣敏傳感器的性能是氣體傳感器的發(fā)展方向。同時使用納米技術控制合成優(yōu)良的SERS活性基底來增加材料對液體化學物質檢測的敏感性能也是非常重要的。本論文一方面采用模板法及水熱法分別結合物理氣相沉積等方法合成了一系列納米結構及表面修飾的半導體金屬氧化物氣敏材料;另一方面,我們采用X射線干涉光刻(XIL)以及深紫外光刻等合成方法制備了大面積有序的貴金屬納米材料,這些材料具有很好的SERS效果。具體工作主要包括以下幾點:(1)利用聚苯乙烯微球(PS)作為模板,結合磁控濺射物理沉積方法制備了一系列的多層半導體金屬氧化物多孔薄膜納米材料。制備出的多層金屬氧化物多孔薄膜材料的層與層之間可以形成異質結結構,從而在很大程度上提高了材料的氣敏性能。我們利用該方法得到了p-n異質結的多層In2O3/Cu O多孔薄膜,并研究了該材料對甲醇、乙醇、H2S、NH3和丙酮等氣體的靈敏度情況。該氣敏材料在工作溫度為250℃時,能實現對低濃度乙醇氣體的有效檢測。相對其它被測氣體,其對乙醇的檢測具有比較好的選擇性能。并且還研究了氣敏性能與材料的層數的關系。(2)利用水熱法結合磁控濺射物理蒸發(fā)法合成出了表面修飾的六邊形Co3O4納米薄片。我們用這種方法合成了Cr修飾以及Zn O納米顆粒修飾的六邊形Co3O4納米薄片。由于Cr具有比較好的催化性能,因此Cr對Co3O4納米薄片的表面修飾使得其對乙醇的響應具有非常短的反應(1秒)及恢復時間(7秒)。而且在乙醇濃度非常低的時候,材料的氣敏性能依然很好。對于Zn O納米顆粒修飾的Co3O4納米薄片,由于主體材料Co3O4與Zn O材料之間形成p-n異質結使得材料的氣敏性能也得到了很大的提高,并且也具有超快的反應與恢復時間。(3)利用X射線干涉光刻結合電子束物理沉積的方法合成出了具有大面積、高度有序的Au納米圓盤陣列。這種有序的納米結構對羅丹明6G染料的檢測具有很好的靈敏性、信號重復性、制備重現性及穩(wěn)定性。材料對羅丹明6G檢測極限可以達到10-8 M,而且具有很高的增強因子(106)。這種材料的SERS效應與圓盤的直徑和間距有很大的關系。本文可以通過控制XIL過程中的曝光時間或顯影時間來控制圓盤的直徑和間距來得到具有較好SERS效果的納米陣列。我們還可以用這種方法合成Au/Ag雙層納米圓盤陣列,這種雙層納米圓盤與Au納米圓盤陣列相比具有更好的SERS效果。(4)利用普通的無模板紫外光刻技術、反應離子刻蝕技術以及電子束物理氣相沉積方法合成出大面積、高度有序的Ag或Au/Ag納米顆粒修飾的錐狀Si納米陣列。這種陣列化的納米結構對羅丹明6G染料具有超靈敏的SERS增強效果。材料對羅丹明6G的檢測極限可以達到10-15 M,而且具有非常高的SERS增強因子(1012)。這種高度有序的納米陣列材料對蘇丹紅I染料也有很好的SERS效應,對檢測分子的檢測極限也可以達到非常低的程度。另外,我們可以在Ag納米顆粒的表面沉積Au薄膜來增強材料的穩(wěn)定性,以致材料在室溫下保存一個月后還具有很強的SERS增強效果。因此這種納米制備技術在制備超敏感、穩(wěn)定性好的SERS化學傳感器敏感材料中是一種非常好的制備方法。
【關鍵詞】：化學傳感器 納米材料 氣敏材料 SERS 金屬顆粒
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-61
• 1.1 化學傳感器12-13
• 1.1.1 化學傳感器簡介12
• 1.1.2 化學傳感器的工作原理12-13
• 1.1.3 化學傳感器的分類13
• 1.2 氣體傳感器13-15
• 1.2.1 氣體傳感器簡介13-14
• 1.2.2 氣體傳感器分類14-15
• 1.3 半導體氣敏傳感器15-30
• 1.3.1 半導體氣體傳感器簡介15-16
• 1.3.2 半導體金屬氧化物氣體傳感器16-18
• 1.3.3 半導體金屬氧化物氣體傳感器工作機理18-20
• 1.3.4 影響半導體金屬氧化物氣體傳感器靈敏性的因素20-30
• 1.4 半導體納米材料氣敏傳感器30-40
• 1.4.1 納米材料的特性及合成方法30-33
• 1.4.2 基于納米材料的氣體傳感器的研究現狀和應用前景33-40
• 1.5 基于表面增強拉曼（SERS）的化學傳感器40-46
• 1.5.1 SERS的簡介40-41
• 1.5.2 SERS的機理41-42
• 1.5.3 基于納米材料的SERS化學傳感器42-46
• 1.6 本課題的立題依據和主要研究內容46-47
• 1.6.1 選題的目的和意義46-47
• 1.6.2 研究內容47
• 1.7 參考文獻47-61
• 第二章 In_2O_3/CuO多層納米多孔薄膜的合成、表征及氣敏性能研究61-81
• 2.1 引言61-62
• 2.2 實驗62-66
• 2.2.1 實驗材料62-63
• 2.2.2 實驗儀器63
• 2.2.3 具有p-n異質結構的In_2O_3/CuO多層多孔薄膜的制備63-64
• 2.2.4 多層In_2O_3/CuO多孔薄膜材料的氣敏性能的測試64-65
• 2.2.5 近常壓XPS對多孔氣敏材料的機理的測試65-66
• 2.3 實驗結果與討論66-75
• 2.3.1 多層多孔In_2O_3/CuO薄膜的形貌與成分分析66-69
• 2.3.2 多層多孔In_2O_3/CuO薄膜的氣敏性能的測試69-71
• 2.3.3 多孔In_2O_3/CuO薄膜p-n異質結對氣敏性能的影響71-73
• 2.3.4 多孔In_2O_3/CuO薄膜的層數對氣敏性能的影響73-74
• 2.3.5 近常壓XPS對In_2O_3/CuO多孔薄膜的氣敏機理的實時研究74-75
• 2.4 本章小結75-76
• 2.5 參考文獻76-81
• 第三章 基于六邊形Co_3O_4納米片納米材料的氣體傳感器81-104
• 3.1 引言81-82
• 3.2 實驗82-85
• 3.2.1 實驗材料82-83
• 3.2.2 實驗儀器83
• 3.2.3 Cr修飾的六邊形Co_3O_4納米片的制備83-84
• 3.2.4 ZnO納米顆粒修飾的六邊形Co_3O_4納米片的制備84
• 3.2.5 材料的表征及氣敏性能的測試84-85
• 3.3 實驗結果與討論85-98
• 3.3.1 基于Cr修飾的六邊形Co_3O_4納米片的氣體傳感器85-93
• 3.3.2 基于ZnO納米顆粒修飾的六邊形Co_3O_4納米片的氣體傳感器93-98
• 3.4 本章小結98
• 3.5 參考文獻98-104
• 第四章 Au納米圓盤表面增強拉曼基底的制備及對化學分子檢測的研究104-121
• 4.1 引言104-105
• 4.2 實驗105-108
• 4.2.1 實驗材料105
• 4.2.2 實驗儀器105-106
• 4.2.3 Au納米圓盤陣列的制備106-107
• 4.2.4 Au納米圓盤的表征107
• 4.2.5 Au納米圓盤對化學分子的檢測107-108
• 4.4 實驗結果與討論108-116
• 4.4.1 10 nm Au納米圓盤對R6G分子的檢測108-111
• 4.4.2 Au納米圓盤的直徑對R6G分子的檢測的影響111-113
• 4.4.3 Au納米圓盤厚度對分子檢測的影響113-115
• 4.4.4 Au/Ag雙金屬結構對分子檢測的影響115-116
• 4.5 本章小結116-117
• 4.6 參考文獻117-121
• 第五章 Ag納米顆粒修飾的Si納米錐的制備及對化學分子檢測性能研究121-135
• 5.1 引言121-122
• 5.2 實驗122-124
• 5.2.1 實驗材料122
• 5.2.2 實驗儀器122-123
• 5.2.3 Ag納米顆粒修飾的Si納米錐結構的制備123-124
• 5.2.4 Ag納米顆粒修飾的Si納米錐對化學分子的檢測124
• 5.3 實驗結果與討論124-131
• 5.3.1 Ag薄膜的厚度與形成的納米顆粒大小的關系124-126
• 5.3.2 Ag納米顆粒的大小對化學物質檢測的影響126-129
• 5.3.3 Ag/Au納米顆粒的形成對化學物質檢測穩(wěn)定性的影響129-131
• 5.4 本章小結131-132
• 5.5 參考文獻132-135
• 第六章 全文總結135-137
• 攻讀學位期間本人公開發(fā)表的論著、論文137-139
• 致謝139-141

【共引文獻】

中國期刊全文數據庫 前1條

1 凌曉,張為,邱細敏;化學傳感器在藥物分析中的應用[J];湖南醫(yī)學高等�？茖W校學報;2000年04期

中國博士學位論文全文數據庫 前1條

1 麻秋娟;基于有機載體的熒光化學傳感技術用于重金屬離子檢測[D];湖南大學;2009年

中國碩士學位論文全文數據庫 前2條

1 冷鵬;納米技術在化學傳感器中的應用與研究[D];山東師范大學;2003年

2 馬冬梅;5-羥基色氨酸的制備及分析方法研究[D];西北大學;2006年

  本文關鍵詞：基于納米結構的化學物質檢測材料的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：504091