金属元素掺杂氧化镍二维纳米片的微波制备及室温气体传感性能

发布时间：2020-03-24 05:04

【摘要】：基于金属氧化物的高性能室温气体传感器由于节能和成本低廉的优点而引起了研究者极大的兴趣。然而如何使得金属氧化物气体传感器在室温下正常工作和提高响应灵敏度仍是一个挑战性的课题。目前科研人员正努力攻克这样的难题,最新的研究成果将对气体传感器的商业应用具有重大意义。在本工作中,我们借助一种快速并易于操作的微波辅助的溶剂热法制备了二维(2D)氧化镍纳米片。并在纯的氧化镍纳米片上,以铜、银、铝和钛元素作为掺杂剂,探究了不同金属元素对氧化镍纳米片气体传感性能的优化作用。研究结果表明,铝掺杂的2D氧化镍纳米片在室温下对二氧化氮(NO_2)具有独特的气敏响应性能。由于氧空位缺陷的增加以及路易斯酸碱位点的形成,使得铝的掺杂对氧化镍纳米片的气敏特性有显著的影响。本论文详细研究了不同比例的铝掺杂的氧化镍纳米片及其气敏性能。当原料中添加12 at%的铝时,器件对浓度为10 ppm的NO_2的响应值比纯的氧化镍纳米片增加了35倍以上;当铝含量达到20 at%时,气体传感器只需要200 s即可完全恢复。该气体传感器的优异性能使铝掺杂的2D氧化镍纳米片成为NO_2检测应用的潜在候选者。同时,基于路易斯酸碱理论的气敏提升机理也可以为其他高性能气体传感器提供可参考的设计指导。
【图文】：

直热式,气体传感器,结构示意图

次发现金属氧化物材料的气体传感现象的是日本九州大学的 1962 年，他发现氧化锌薄膜在还原性气体中电阻的阻值减小象对可燃性气体进行检测。而后，金属氧化物气体传感器的发如雨后春笋般地被应用于家庭和工业燃气泄漏的报警器中。直至化物的阻敏型气体传感器得到了广泛关注，被研究人员大量地将金属氧化物型的气体传感器分为室温型和高温型两种。其中器按照器件加热类型分类，可将其分为直热式和旁热式两种。是将电极和具有加热作用的合金电热丝一同埋入在烧结的金属，使得电热丝与气体传感材料直接接触（如图 1-2 所示）。但是较差，且加热温度低，已逐渐被淘汰。

气体传感器,结构示意图,金属氧化物

图 1-3 旁热式气体传感器的结构示意图。Fig. 1-3 Structure of indirectly-heating gas sensor.金属氧化物气体传感器是近年来出现的新型气体传感器。随着料被广泛研究，人类对纳米材料的可控合成技术的发展，使得成为可能。根据室温金属氧化物的结构不同，可将其分为厚膜的气体传感器如图 1-4 所示。将传感材料与一定比例的硅凝胶厚胶膜原料，通过丝网印刷，，将原料印刷在镀有电极的绝缘基高温烧结 1-2 h 即可得到厚膜型气体传感器。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TP212

【参考文献】