氮化硼纳米管的可控碳掺杂及传感特性研究

发布时间：2020-08-10 09:32

【摘要】：氮化硼(BN)作为一种新型性能优异的纳米材料,因其具有强抗氧化性、化学性质稳定、机械性能突出等优点,成为现如今被重点研究的材料之一,由于氮化硼纳米管自身禁带宽度较宽,导电性差,限制了它在电子器件方面的应用。湿度传感器和气敏传感器作为我们生活的重要组成部分,被大量的应用在工农业、食品加工、环境检测等方面。为了拓宽BNNT的应用范围,本文以BNNT为基础研究对象,通过向BNNT中掺杂碳元素,来动态调节它的导电性,并研究了BNNT复合膜湿敏特性以及BCNNT薄膜的湿敏、气敏特性。通过球磨退火法制备高纯本征BNNT,并将其和导电聚合物PEDOT:PSS进行复合制成复合膜,将BNNT复合膜搭载到传感电极上制成湿度传感器,测试其湿敏特性并研究了酸处理对传感器性能的影响。结果显示该传感器具有良好的线性度、可重复性、高灵敏度,其响应时间和恢复时间分别是32s和22s。酸处理可以提高传感器的灵敏度,但是会增加响应恢复时间。进一步研究了BNNT和PEDOT:PSS的比例调配对传感器性能的影响,发现适当增加复合膜中BNNT的比例可以提高传感器的灵敏度及响应恢复时间。最后比较了BNNT和CNT传感器的湿敏性能,结果显示BNNT传感器的灵敏度更高。课题探究了一种操作简单、产率较高的新方法合成BCNNT,即Bubble法,通过改变Bubble时间和气流量大小可以实现不同浓度的掺碳量。通过半导体测试仪测试,发现通过增加BNNT中的掺碳量可以提高BCNNT的导电性,使其具有良好的半导体性能;将制备的BCNNT薄膜搭载在叉指电极上制成传感器,测试了其湿敏特性和气敏特性,湿敏结果显示,BCNNT薄膜具有良好的感湿性能,进一步研究了测试频率对传感器性能的影响,发现传感器的电阻随测试频率的增加而减小;气敏测试是分别在不同浓度的乙醇、甲醇、甲苯、甲醛气体中进行,研究了传感器的气敏特性、测试频率对传感器输出电阻的影响以及传感器的稳定性,实验结果显示传感器对乙醇、甲醇、甲醛气体具有高灵敏度、良好的稳定性并且传感器的电阻都随测试频率的增加而减小,传感器对甲苯气体不灵敏,最后研究了传感器的气体选择性,发现BCNNT薄膜传感器对甲醛气体具有更高的选择性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ128;TB383.1
【图文】：

示意图,纳米结构,示意图,催化剂颗粒

图 1-1 BNNT 纳米结构示意图[5]NT 的纳米结构有两种形态，如图 1-2 所示，一个是中空芯圆柱形纳小且圆柱的顶部包含催化剂颗粒，另一种是竹节形纳米结构，直的出现催化剂颗粒修饰，两种不同形态的形成是因为在 BNNT 生长颗粒与 BNNT 内壁之间存在相容性差，相容性差促进了中空 BNNT

竹节,圆柱状,氮化硼,抗腐蚀性能

图 1-2 圆柱状和竹节状的 BNNT 的 TEM 图[8]T 的合成方法十几年对氮化硼纳米管的不断的研究，人们逐渐发现了 B例如：润滑性强、抗腐蚀性能力高、热稳定性、强绝缘性

法制,纳米管,合成氮

图 1-3 VLS 法制备的 BNNT 的 SEM 和 TEM 图[11]气相沉积法（CVD）相沉积法是合成氮化硼纳米管的方法中被广泛使用的一种过对氮源或者硼源进行高温处理，使其变成气态原料，可分反应，经过降温处理获得氮化硼纳米管，使用 CVD 法制

【参考文献】