本文選題：氣體傳感器　切入點：靜電紡絲　出處：《吉林大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：中國國家標(biāo)準(zhǔn)第GB7665-87項中對傳感器的定義為:“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置�！睔怏w傳感器是傳感器的一個重要分支,它被廣泛應(yīng)用于大氣/室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測、污染源監(jiān)控、工業(yè)/民生安全和非侵入式醫(yī)療等領(lǐng)域。為了拓展應(yīng)用領(lǐng)域,氣體傳感器需要進一步提升響應(yīng)值、選擇性、響應(yīng)恢復(fù)速度和可靠性。作為氣體傳感器的核心組成部分,敏感材料直接影響氣體傳感器的敏感特性,因此開發(fā)高性能的敏感材料是提升氣體傳感器性能的重要途徑。近年來,隨著靜電紡絲技術(shù)的不斷發(fā)展,通透性好、比表面積大的一維納米材料引起人們的廣泛關(guān)注。本論文以一維金屬氧化物納米材料的氣敏特性為研究對象,從提高材料的識別功能、轉(zhuǎn)換功能和敏感體的利用效率入手,通過摻雜其他半導(dǎo)體材料來調(diào)控其形貌和組成,從而提高氣體傳感器的響應(yīng)值、選擇性、響應(yīng)恢復(fù)速度和長期穩(wěn)定性。本文的具體研究內(nèi)容如下:(1)利用靜電紡絲技術(shù)制備了直徑均一的WO3納米線,并在此基礎(chǔ)上制備了摻入了不同比例La2O3的WO3納米線。氣敏特性測試結(jié)果表明:樣品中La3+與W6+的摩爾比為3%的納米線對丙酮的響應(yīng)值最高,對100ppm丙酮的響應(yīng)值為12.7,約為未摻雜WO3納米線的2倍。但該氣體傳感器恢復(fù)速度較慢,檢測下限較高。(2)為進一步提高氣體傳感器對丙酮的響應(yīng)值,利用靜電紡絲技術(shù)制備了摻入不同比例In2O3的WO3納米線。形貌表征結(jié)果顯示:隨著In2O3摻雜量的增加,納米線表面變粗糙,顆粒邊界變得明顯。氣敏特性測試結(jié)果表明樣品中In2O3與WO3的摩爾比為1.5%的納米線對丙酮的響應(yīng)值最高,對50ppm丙酮的響應(yīng)值為12.9,約為未摻雜WO3納米線的2.5倍。此外,其檢測下限大大降低,且具有較好的抗?jié)裥浴?3)利用靜電紡絲法制備了多孔性Ni O中空納米管,在此基礎(chǔ)上制備摻雜W6+的Ni O中空納米管。形貌表征結(jié)果顯示利用靜電紡絲法制備的納米管的直徑約90nm,且隨著W6+摻雜量的增加,晶粒的尺寸逐漸減小,比表面積增大。氣敏特性測試結(jié)果表明樣品中W6+與Ni2+摩爾比為2%的納米管對二甲苯的響應(yīng)值最高,對200ppm二甲苯的響應(yīng)值為8.7,約為未摻雜Ni O納米管的3.3倍。然而,基于上述材料的氣體傳感器仍具有響應(yīng)時間和恢復(fù)時間較長、檢測下限較高、響應(yīng)值較小等不足。(4)為進一步提高氣體傳感器對二甲苯的響應(yīng)值,利用靜電紡絲法制備了不同比例的Cr3+摻雜Ni O中空納米管。氣敏特性測試結(jié)果表明Cr3+/Ni2+摻雜比例為3 mol%的樣品對二甲苯的響應(yīng)值提高顯著,對50ppm二甲苯的響應(yīng)值為88,約為未摻雜Ni O納米管的63倍。與W6+摻雜Ni O納米管的氣敏特性相比,Cr3+摻雜Ni O納米管具有以下優(yōu)點:一、響應(yīng)值高,對200ppm二甲苯的響應(yīng)值為695;二、響應(yīng)和恢復(fù)速度快,其對200ppm二甲苯的響應(yīng)時間為144s,恢復(fù)時間為50s;三、檢測下限低,該氣體傳感器的檢測下限為5ppm;四、選擇性更好,分辨率D(Rxylene/Rethanol)為9。
[Abstract]:China national standard item GB7665-87 in the definition of the sensor is: "feelings can be measured under the law and in accordance with a certain signal can be converted into the device or device." gas sensor is an important branch of the sensor, which is widely used in atmospheric / indoor environment monitoring, monitoring of pollution sources, industrial / people's livelihood safe and non-invasive medical field. In order to expand the application field of gas sensors, the need to further enhance the response value, selectivity, response speed and reliability. As the core of the gas sensor part, sensitive materials directly affect the sensitivity of the gas sensor, so the development of high performance sensitive materials is an important way to enhance the performance of gas sensors. In recent years, with the continuous development of the electrospinning technique of good permeability, specific surface area of nano materials has attracted people's attention. This paper The gas sensing properties of one dimensional metal oxide nano materials as the research object, from improving the recognition function of the utilization efficiency of conversion function and sensitive body, by doping other semiconductor materials to control the morphology and composition, so as to improve the sensor response value, selectivity, response and recovery speed and long-term stability. The main research contents of this paper are as follows: (1) WO3 nanowires with uniform diameter were fabricated by electrospinning, WO3 nanowires was prepared based on the incorporation of different proportions of La2O3 and the test results. The gas sensing properties show that the mole ratio of La3+ to W6+ in the sample in response to the 3% nanometer line of acetone is highest. Response to 100ppm acetone was 12.7, about the undoped WO3 nanowires 2 times. But the slow recovery of gas sensor, the detection limit is higher. (2) to further improve the response to acetone gas sensor The value of WO3 nanowires were prepared by adding different proportions of In2O3 by electrospinning. The morphology characterization results show that with the increase of the concentration of In2O3, the nanowire surface becomes rough, the grain boundary becomes obvious. The test results show that the gas sensing properties of the molar ratio of In2O3 to WO3 in the sample in response to the 1.5% nanometer line of acetone the highest response to 50ppm acetone was 12.9, about the undoped WO3 nanowires 2.5 times. In addition, the detection limit is reduced greatly, and has good moisture resistance. (3) porous Ni O nanotubes were prepared by electrospinning, Ni nanotubes prepared W6+ doped O based on the morphology characterization results showed that the electrospinning of the nanotube diameter is about 90nm, and with the increase of W6+ content, the grain size decreases, the specific surface area increased. The test results showed that W6+ and Ni2+ gas sensing properties of friction in the sample The response ratio of the highest value of the 2% para nanotubes, response to xylene 200ppm value is 8.7, about 3.3 times as much as Ni doped O nanotubes. However, the gas sensor material is based on the response time and recovery time is longer, the detection limit is high, the response value of the deficiencies of smaller (4) to further improve. Sensor response of p-xylene value, Cr3+ doped Ni O hollow nanotubes in different proportions were prepared by electrospinning. The test results show that the response of the gas sensing properties of Cr3+/Ni2+ doping ratio of 3 samples of p-xylene mol% values provided by Gao Xian, 50ppm response to xylene was 88, about 63 times as much as Ni doped O nanotubes compared with the gas sensing properties of W6+ doped Ni O Cr3+ doped Ni nanotubes and O nanotubes has the following advantages: a higher response value, response to xylene 200ppm value is 695; two, response and recovery speed, the The response time to 200ppm xylene is 144s, the recovery time is 50s. Three, the detection limit is low, the detection limit of the gas sensor is 5ppm, four, the selectivity is better, and the resolution D (Rxylene/Rethanol) is 9..

【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】：2016
【分類號】：TP212;TB383.1

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本文編號：1563086