本文選題：氣體傳感器　切入點：金屬氧化物　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：氣體傳感器在環(huán)境保護(hù)、資源勘探、安全監(jiān)管和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。氣體傳感器種類繁多,但是基于金屬氧化物的半導(dǎo)體氣體傳感器,因其具有靈敏度高、選擇性可調(diào)、穩(wěn)定性較好、可測量對象廣泛、全固態(tài)、體積小、功耗低等優(yōu)點,一直是氣體傳感器領(lǐng)域的重要研究方向。為了繼續(xù)擴(kuò)大半導(dǎo)體氣體傳感器的應(yīng)用范圍,需要進(jìn)一步提高靈敏度、選擇性和可靠性,其中,傳感材料的納米化以及摻雜改性等方法是提升該類傳感器特性的重要策略。本文主要通過半導(dǎo)體氧化物的介孔化和貴金屬擔(dān)載改性來改善半導(dǎo)體氣體傳感器的特性。介孔結(jié)構(gòu)為氧化物半導(dǎo)體敏感材料提供了更大的比表面積、更多的化學(xué)反應(yīng)活性位點和有效的氣體擴(kuò)散孔道,有利于氣體傳感器靈敏度的提升。此外,在氧化物半導(dǎo)體表面上擔(dān)載貴金屬,可以增強(qiáng)敏感材料的催化活性,這不僅可以提高器件的靈敏度,而且能夠使其在較低的溫度下工作,有利于降低器件的功耗。因此,精確調(diào)控氧化物的介孔結(jié)構(gòu)和貴金屬催化活性是設(shè)計高靈敏、高選擇、低功耗氣體傳感器的關(guān)鍵所在。本文主要利用軟模板法和硬模板法兩種方法制備介孔結(jié)構(gòu)氧化物半導(dǎo)體氣敏材料,從中選擇性能優(yōu)異的介孔敏感材料作為基體,對其進(jìn)行貴金屬擔(dān)載,進(jìn)而考察貴金屬催化活性對氣敏特性的影響。此外,還對不同敏感材料的敏感機(jī)理進(jìn)行了細(xì)致的研究。具體研究內(nèi)容如下:1.利用軟模板法成功地制備出具有環(huán)狀介孔馬蹄形顆粒的SnO-2粉體材料。表征結(jié)果指出,馬蹄形顆粒是由平均孔徑約為2 nm的環(huán)狀介孔結(jié)構(gòu)自組裝而成的,具有大比表面積(398.2 m~2/g)。基于這種環(huán)狀介孔馬蹄形SnO-2的氣體傳感器對乙醇具有優(yōu)異的氣敏特性,其中,400℃燒結(jié)得到的介孔SnO-2粉體材料在其最佳工作溫度225℃下,對100 ppm乙醇響應(yīng)值為17.3。馬蹄形顆粒的環(huán)狀介孔結(jié)構(gòu)為氣體表面反應(yīng)提供大的比表面積、豐富的活性位點以及氣體擴(kuò)散的孔道,是增強(qiáng)敏感功能的主要原因。2.采用硬模板法成功地制備出具有大比表面積、有序孔道的尖晶石結(jié)構(gòu)ZnFe_2O_4介孔材料,利用XRD、BET、TEM、SEM和XPS等表征手段對其結(jié)構(gòu)和組成元素的化學(xué)價態(tài)等進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,所制備的介孔ZnFe_2O_4具有較好的結(jié)晶性,并呈現(xiàn)規(guī)整有序的周期性孔道結(jié)構(gòu)�；诖私榭譠nFe_2O_4的氣體傳感器對丙酮具有優(yōu)異的氣敏特性,在最佳工作溫度225℃下,對100 ppm丙酮的靈敏度為11.6,并具有良好的選擇性和長期穩(wěn)定性。3.利用硅基介孔材料KIT-6作為硬模板,制備出具有規(guī)則有序且呈現(xiàn)周期性介孔結(jié)構(gòu)的WO_3材料。之后,對其進(jìn)行貴金屬Ag、Au、Pt的擔(dān)載,考察貴金屬的種類、擔(dān)載量和分布狀態(tài)對WO_3介孔結(jié)構(gòu)和氣敏特性的影響。結(jié)果表明,貴金屬擔(dān)載不會影響介孔WO_3的孔道結(jié)構(gòu),Ag和Pt均勻地分布在孔道內(nèi)部,而Au一部分在孔道內(nèi)部,另一部分則在孔道外部聚集。擔(dān)載不同貴金屬的介孔WO_3分別對NO_2、正丁醇和氨氣具有優(yōu)異的氣敏特性。此外,還分析了介孔結(jié)構(gòu)及貴金屬修飾對氣敏特性的影響,給出了該類傳感器的增感機(jī)制。
[Abstract]:The gas sensor is widely used in the fields of environment protection , resource exploration , safety supervision and medical diagnosis . The gas sensor has many advantages such as high sensitivity , adjustable selectivity and low power consumption . The results show that the mesoporous ZnFe _ 2O _ 4 has good crystallinity and has good selectivity and long - term stability . The results show that the mesoporous ZnFe _ 2O _ 4 has good crystallinity and has good selectivity and long - term stability .

【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】：TP212

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本文編號：1728221