【摘要】：傳感器作為獲取信息并傳輸信號的檢測裝置,已經(jīng)成為現(xiàn)代高技術(shù)的重要支柱之一。傳感材料作為氣體傳感器的核心,對其的進(jìn)一步開拓和研究是提升氣體傳感器性能最有效的途徑之一。近年來,三維納米結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)已經(jīng)推動了全世界納米科技的發(fā)展,也為傳感材料的微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和研究注入了新的思路并提供了創(chuàng)新的源泉。本論文主要圍繞金屬氧化物氣體傳感器在檢測中常面臨的問題,以提升氣體傳感性能為核心,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合成了幾種金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器,研究了微納結(jié)構(gòu)與傳感性能的關(guān)聯(lián)。利用簡單、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的水熱/溶劑熱的方法,成功地制備了多種具有新穎結(jié)構(gòu)和優(yōu)異氣體傳感性能的WO_3 和In_2O_3微納結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)對金屬氧化物半導(dǎo)體傳感材料的反應(yīng)條件來調(diào)控材料的結(jié)構(gòu)、相成分和表面特性,以此來實(shí)現(xiàn)對氣體傳感器的靈敏度、選擇性、響應(yīng)恢復(fù)速度和穩(wěn)定性等性能方面的提升。主要內(nèi)容如下:1.設(shè)計(jì)制備了單晶納米片組裝的花形WO_3 分等級結(jié)構(gòu)。依據(jù)不同水熱時間的樣品形貌研究了其生長機(jī)理;這種結(jié)構(gòu)因其分等級結(jié)構(gòu)和單晶納米片的結(jié)構(gòu)單元,制作成WO_3 傳感器后,在160°C對20 ppm H2S氣體的靈敏度達(dá)到10.9,響應(yīng)恢復(fù)時間只有0.9 s和19 s。2.設(shè)計(jì)合成了納米枝晶片組裝的WO_3 分等級結(jié)構(gòu)。表征結(jié)果表明WO_3 分等級結(jié)構(gòu)中包含許多方向各異的枝晶片。依據(jù)不同反應(yīng)時間的樣品的形貌對WO_3 分等級結(jié)構(gòu)做出了總結(jié);氣體傳感性能測試結(jié)果表明這種WO_3 枝晶傳感器在140°C對NO2氣體具有較高的靈敏度、響應(yīng)恢復(fù)速度和選擇性。3.通過簡單的溶劑熱方法成功制備了In_2O_3納米顆粒,表征結(jié)果表明這種顆粒尺寸大約為20 30 nm;對生長過程的詳細(xì)研究表明其從形貌不規(guī)則的前驅(qū)體經(jīng)歷退火后分裂為形貌較為均一的納米顆粒;NO2傳感性能測試結(jié)果表明這種In_2O_3納米顆粒具有非常低的最佳工作溫度60 o C以及較高的靈敏度和選擇性,采用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)原理對這種傳感性能做出了解釋。4.設(shè)計(jì)和制備由納米顆粒堆積的43 nm左右的球形In_2O_3分等級結(jié)構(gòu),將這種結(jié)構(gòu)引入傳感器領(lǐng)域當(dāng)中,發(fā)現(xiàn)其在120 o C對NO2氣體有比較高的靈敏度(217.5,500 ppb),探測極限下降到10 ppb,證明了這種分等級結(jié)構(gòu)提升傳感性能的有效性。5.設(shè)計(jì)制備了超高靈敏度的納米顆粒組裝的球形In_2O_3分等級結(jié)構(gòu),并研究了其生長機(jī)理,其顯著的介孔特性、相當(dāng)大的比表面積(82.1 m2/g)以及結(jié)構(gòu)中的小尺寸顆粒被認(rèn)為是其出色的NO2傳感性能的關(guān)鍵因素;此外,經(jīng)對比發(fā)現(xiàn),不同的退火溫度也會影響In_2O_3分等級結(jié)構(gòu)的傳感性能;NO2傳感測試結(jié)果表明500oC退火后得到的In_2O_3樣品在120 o C對100 ppb NO2的靈敏度高達(dá)360.1,并且最低檢測極限為1 ppb,具有相當(dāng)大的實(shí)際應(yīng)用的潛力。6.設(shè)計(jì)并制備了具有高度分散性的球形In_2O_3分等級結(jié)構(gòu),并探究了其生長機(jī)理。傳感測試表明這種結(jié)構(gòu)作為傳感器時對NO2具有較高的靈敏度;通過在其表面修飾Ag顆粒對其表面改性后,傳感器對NO2氣體具有亞ppb濃度的檢測極限和更高的靈敏度以及響應(yīng)恢復(fù)速率,這種增感效應(yīng)被認(rèn)為應(yīng)歸因于貴金屬Ag的催化活性和溢出效應(yīng)來解釋。
[Abstract]:......
【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：2277025