本文關(guān)鍵詞：基于NASICON和金屬氧化物電極的有毒有害氣體傳感器的研究

  更多相關(guān)文章： NASICON 尖晶石型復(fù)合氧化物 埋藏式電極 老化處理 三相界面

【摘要】：對(duì)于有毒有害氣體的快速實(shí)時(shí)檢測(cè)，可以有效感知有毒有害氣體的泄漏，也可以對(duì)環(huán)境災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)，因此，發(fā)展面向有毒有害氣體檢測(cè)的全固態(tài)氣體傳感器至關(guān)重要。本論文面向有毒有害氣體的檢測(cè)，構(gòu)建基于固體電解質(zhì)NASICON和氧化物電極的高性能氣體傳感器，從探索高性能敏感電極材料和改進(jìn)傳感器結(jié)構(gòu)兩方面入手開(kāi)展工作，一方面，制備了多種尖晶石結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物敏感材料，研究了燒結(jié)條件和老化工藝對(duì)電極材料性能的影響，優(yōu)化了電極材料制備條件；另一方面設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了新型器件結(jié)構(gòu)，并構(gòu)筑了高性能三相界面，顯著提高了傳感器的性能。 具體的研究?jī)?nèi)容包括： (I)利用檸檬酸絡(luò)合法制備了三種Cr基尖晶石型復(fù)合金屬氧化物，并以其為敏感電極制作了混成電位型氯氣傳感器，其中CoCr2O4顯示了最高靈敏度。研究了不同燒結(jié)條件對(duì)CoCr2O4傳感特性的影響，也探索老化工藝與傳感特性之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)傳感器經(jīng)過(guò)老化處理60天后對(duì)低濃度的Cl2的響應(yīng)值顯著提高。通過(guò)對(duì)敏感電極材料進(jìn)行XPS、BET和XRD表征分析，發(fā)現(xiàn)老化處理能夠改變電極材料的微結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升了對(duì)低濃度氯氣的的靈敏度。 (II)研究了基于Cr基尖晶石型氧化物電極的丙酮傳感器。結(jié)果表明，以NiCr2O4為敏感電極的傳感器對(duì)丙酮蒸汽的響應(yīng)最高。通過(guò)循環(huán)伏安曲線(xiàn)測(cè)量，證明了NiCr2O4對(duì)有丙酮參與的電化學(xué)反應(yīng)催化活性最高。同時(shí)為了構(gòu)筑高性能三相反應(yīng)界面，向電極材料中混合NASICON粉體，通過(guò)阻抗譜研究敏感電極的界面電阻值與NASICON加入量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其規(guī)律與五種器件的響應(yīng)值變化規(guī)律相同，證明了此種方法能夠有效地提高敏感電極的三相界面長(zhǎng)度。 (III)以乙二醇作為陽(yáng)離子絡(luò)合劑，制備了尖晶石型CoCr2-xMnxO4復(fù)合金屬氧化物，并以此為敏感電極制作了混成電位型H2S傳感器。和另外四種材料相比CoCr1.2Mn0.8O4對(duì)H2S顯示了最高的靈敏度。經(jīng)過(guò)測(cè)量并比較五種傳感器的極化曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)CoCr1.2Mn0.8O4作為敏感材料能夠有效地促進(jìn)陽(yáng)極反應(yīng)并抑制陰極反應(yīng)。通過(guò)比較不同燒結(jié)溫度下制作的傳感器的阻抗譜，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)溫度為800℃時(shí)，敏感材料的催化活性和三相界面面積能夠達(dá)到最佳的平衡，因而獲得最高的靈敏度。 (IV)以CoCrMnO4作為參考電極鈍化材料，設(shè)計(jì)并制作了具有埋藏式敏感電極的NASICON基H2傳感器，測(cè)試結(jié)果顯示埋藏式敏感電極結(jié)構(gòu)通過(guò)抑制電極上氧的反應(yīng)，，能夠有效地提高傳感器對(duì)氫氣的響應(yīng)，同時(shí)也可以有效提高傳感器的選擇性。
【關(guān)鍵詞】：NASICON 尖晶石型復(fù)合氧化物 埋藏式電極 老化處理 三相界面
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-34
• 1.1 傳感器的重要性及其分類(lèi)12-15
• 1.2 固體電解質(zhì)15-21
• 1.2.1 固體電解質(zhì)的種類(lèi)和性質(zhì)16-17
• 1.2.2 鈉離子快導(dǎo)體 NASICON 概述17-21
• 1.3 固體電解質(zhì)氣體傳感器21-33
• 1.3.1 基于 NASICON 的固體電解質(zhì)氣體傳感器22-27
• 1.3.2 基于 NASICON 的混成電位傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀27-33
• 1.4 本論文主要工作的結(jié)構(gòu)體系33-34
• 第二章 氯氣傳感器的構(gòu)建及老化處理對(duì)其特性的影響34-52
• 2.1 引言34
• 2.2 尖晶石型金屬氧化物敏感電極材料的制備與表征34-37
• 2.2.1 尖晶石型復(fù)合金屬氧化物 XCr_2O_4的制備35
• 2.2.2 敏感電極材料的表征35-37
• 2.3 管式混成電位型 Cl_2傳感器的制作37-39
• 2.4 傳感器敏感特性的評(píng)價(jià)與分析39-48
• 2.4.1 測(cè)試與評(píng)價(jià)方法39-41
• 2.4.2 傳感器的特性評(píng)價(jià)41-48
• 2.5 傳感器敏感機(jī)理的討論48-50
• 2.6 本章小結(jié)50-52
• 第三章 丙酮傳感器及高性能三相反應(yīng)界面的構(gòu)筑52-66
• 3.1 引言52-53
• 3.2 尖晶石型金屬氧化物敏感電極材料的制備與表征53-55
• 3.2.1 復(fù)合金屬氧化物電極材料的制備53
• 3.2.2 敏感電極材料的表征53-55
• 3.3 混成電位型丙酮傳感器的制作55
• 3.4 傳感器的特性與分析55-62
• 3.4.1 測(cè)試儀器與器件評(píng)價(jià)方法55
• 3.4.2 傳感器的性能評(píng)價(jià)55-62
• 3.5 傳感器敏感機(jī)理的討論62-63
• 3.6 本章小結(jié)63-66
• 第四章 混成電位型高靈敏 H_2S 傳感器的研究66-82
• 4.1 引言66-67
• 4.2 尖晶石型三元金屬氧化物敏感電極材料的制備與表征67-70
• 4.2.1 尖晶石型復(fù)合金屬氧化物 CoCr_xMn_(2-x)O_4的制備67-68
• 4.2.2 敏感電極材料的表征68-70
• 4.3 混成電位型 H_2S 傳感器的制作70
• 4.4 傳感器的評(píng)價(jià)與分析70-78
• 4.4.1 評(píng)價(jià)裝置與方法70-71
• 4.4.2 傳感器的性能評(píng)價(jià)71-78
• 4.5 傳感器敏感機(jī)理78-79
• 4.6 本章小結(jié)79-82
• 第五章 具有鈍化參考電極的埋藏式結(jié)構(gòu) H_2傳感器的研究82-96
• 5.1 引言82-83
• 5.2 尖晶石型三元金屬氧化物鈍化參考電極材料的制備與表征83-85
• 5.2.1 復(fù)合金屬氧化物 CoCrMnO_4的制備83
• 5.2.2 電極材料的表征83-85
• 5.3 埋藏式混成電位型 H_2傳感器的制作85-87
• 5.4 傳感器性能的測(cè)試與分析87-90
• 5.4.1 測(cè)試儀器與器件評(píng)價(jià)方法87
• 5.4.2 傳感器的性能評(píng)價(jià)87-90
• 5.5 傳感器敏感機(jī)理的討論90-95
• 5.6 本章小結(jié)95-96
• 第六章 結(jié)論與展望96-100
• 參考文獻(xiàn)100-120
• 作者簡(jiǎn)介120
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文120-121
• 發(fā)明專(zhuān)利121-122
• 致謝122

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 趙本剛,張爽,吳玉軍,何月華,陳麗華,全寶富;NASICON材料的制備及改性研究[J];電子元件與材料;2003年04期

2 易惠中;;氣敏功能材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[J];功能材料;1991年05期

3 閆勇;有機(jī)廢氣中VOC的回收方法[J];化工環(huán)保;1997年06期

本文編號(hào)：1132706