基于溶胶—凝胶法对掺杂纳米氧化铁气敏性能的研究

发布时间：2017-11-02 18:26

  本文关键词：基于溶胶—凝胶法对掺杂纳米氧化铁气敏性能的研究

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【摘要】：随着工业的不断发展,工业排放的硫化氢气体对人们的生活产生了较为严重的危害,所以,对硫化氢气体的检测至关重要。对于有毒害气体的检测,半导体气体传感器发挥重大作用,因而气敏材料的创新研究是近些年的科研重点。针对硫化氢气体研发出一种具有高选择性、高稳定性、高灵敏度和低成本的气敏材料具有重要的实际意义。因而,本文研究的气敏材料是基于检测硫化氢气体的α-Fe_2O_3薄膜材料。首先,利用溶胶-凝胶法制备了无掺杂溶胶和Ni掺杂分别为2.5at.%、3.5at.%、4.5at.%的溶胶,利用旋涂法将溶胶旋涂在叉指电极上,其中,叉指电极是基于微电子技术完成制作的。在高温下退火,制备出不同的α-Fe_2O_3薄膜材料的气敏元件,之后,对这些薄膜材料的气敏性能进行了测试。通过对无掺杂α-Fe_2O_3薄膜材料和不同Ni掺杂α-Fe_2O_3薄膜材料的气敏特性分析,我们得出不同Ni掺杂的α-Fe_2O_3薄膜的最佳工作温度为300℃,无掺杂的α-Fe_2O_3薄膜的最佳工作温度为325℃;Ni掺杂量3.5at%的α-Fe_2O_3薄膜对硫化氢的灵敏度明显高于其他薄膜样品,由于掺杂了Ni元素,α-Fe_2O_3薄膜对硫化氢气体有着很高的选择性,对其它气体灵敏度不高,Ni掺杂量3.5at%的α-Fe_2O_3薄膜对硫化氢气体的响应时间和恢复时间分别为8s和12s,并且有较好稳定性和重复性。通过气敏测试分析,溶胶-凝胶法制备的Ni掺杂α-Fe_2O_3薄膜对硫化氢气体有着较好的气敏特性。
【关键词】：α-Fe_2O_3 纳米氧化铁 溶胶-凝胶法 气敏性能
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB381
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题研究背景及研究目的意义8-9
• 1.2 纳米氧化铁概述9-13
• 1.2.1 氧化铁基本性质9-11
• 1.2.2 纳米氧化铁的应用11-13
• 1.3 气体传感器13-14
• 1.3.1 气体传感器概述13
• 1.3.2 金属氧化物半导体气体传感器13-14
• 1.4 α-Fe_2O_3基气敏传感器国内外研究进展14-16
• 1.4.1 α-Fe_2O_3基气敏传感器国内研究进展14-15
• 1.4.2 α-Fe_2O_3基气敏传感器国外研究进展15-16
• 1.5 论文主要内容16-17
• 1.6 本章小结17-18
• 第2章 纳米α-Fe_2O_3薄膜的制备及表征18-30
• 2.1 溶胶-凝胶法18-19
• 2.2 实验药品和实验仪器19-20
• 2.2.1 实验药品19-20
• 2.2.2 主要仪器20
• 2.3 纳米α-Fe_2O_3薄膜的制备过程20-25
• 2.3.1 基片预处理20-22
• 2.3.2 胶体的制备22-23
• 2.3.3 薄膜的退火工艺23-24
• 2.3.4 实验工艺对α-Fe_2O_3薄膜影响24-25
• 2.4 纳米α-Fe_2O_3薄膜的表征25-29
• 2.4.1 X射线衍射分析(XRD)25-26
• 2.4.2 扫描电子显微镜分析(SEM)26-28
• 2.4.3 比表面积测试(BET)28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 Ni掺杂纳米α-Fe_2O_3薄膜的制备及表征30-36
• 3.1 主要试剂和仪器30-31
• 3.1.1 主要试剂30
• 3.1.2 主要仪器30-31
• 3.2 Ni掺杂纳米α-Fe_2O_3薄膜的制备过程31
• 3.3 Ni掺杂纳米α-Fe_2O_3薄膜的表征31-35
• 3.3.1 X射线衍射分析(XRD)31-32
• 3.3.2 扫描电子显微镜分析(SEM)32-35
• 3.3.3 比表面积测试(BET)35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 α-Fe_2O_3材料气敏机理与气敏元件制作36-45
• 4.1 α-Fe_2O_3材料气敏机理36-39
• 4.2 掺杂对α-Fe_2O_3气敏材料的影响39-40
• 4.3 α-Fe_2O_3传感器设计与制备40-44
• 4.3.1 α-Fe_2O_3传感器芯片设计40-41
• 4.3.2 叉指电极的设计41-42
• 4.3.3 传感器芯片制作工艺流程42-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 α-Fe_2O_3气敏材料性能测试与分析45-57
• 5.1 气敏测试系统45-46
• 5.2 气敏元件主要测试参数46-47
• 5.2.1 元件电阻46
• 5.2.2 灵敏度46
• 5.2.3 选择性46-47
• 5.2.4 响应和恢复时间47
• 5.2.5 最佳工作温度47
• 5.2.6 稳定性47
• 5.3 α-Fe_2O_3材料对硫化氢气敏性能测试47-55
• 5.3.1 退火温度对纳米α-Fe_2O_3气敏性能影响47-48
• 5.3.2 Ni掺杂α-Fe_2O_3对硫化氢灵敏度测试48-49
• 5.3.3 Ni掺杂α-Fe_2O_3薄膜最佳工作温度测试49-50
• 5.3.4 Ni掺杂α-Fe_2O_3薄膜选择性测试50-53
• 5.3.5 Ni掺杂α-Fe_2O_3薄膜响应和恢复时间测试53-54
• 5.3.6 Ni掺杂α-Fe_2O_3薄膜稳定性测试54-55
• 5.4 本章小结55-57
• 结论57-59
• 参考文献59-66
• 致谢66-67

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