二氧化锡空心球材料的制备及其气敏特性研究
发布时间：2020-10-27 16:13
随着科学技术的进步,人们对于微观世界有了越来越多的认识。纳米材料由于其独特的物理化学性质,及其在多个领域的潜在应用,例如,电子信息、生物医药、环保和气体传感等领域,吸引了人们的广泛关注。近年来,随着纳米技术和纳米材料的发展,为传感器领域敏感材料的研究和制备提供了新的思路与方法,而金属氧化物半导体纳米材料在传感器领域有广阔的应用前景。尤其是以Sn02为代表的金属氧化物纳米材料,具有良好的稳定性、无毒性、廉价易得等优点,已经被广泛的应用于传感器领域。而气体传感器的气敏性能是由敏感材料的许多因素决定的,包括敏感材料的形貌、晶粒尺寸以及微观结构等。通过纳米技术制备高比表面积或特定微观结构的氧化锡均可以显著改善其气敏性能。首先,在论文的第一章主要介绍了纳米传感器,以及其分类和应用领域做了简要描述；并对气体传感器的分类、应用和主要的性能指标做了粗略的描述,最后对Sn02的基本性质、制备技术与应用做了简要的介绍。论文第二章,通过葡萄糖水热反应合成了碳球并以它作为模板,制备了大规模、尺寸均一的SnO2的空心球,这种方法简单、高效。并且基于所制备的材料制作了传感器,测试了其对H2、CH4和Ethanol的气敏特性,从测试的结果可以看出,二氧化锡空心球传感器对三种气体均具有很好的气敏特性,并解释了其气敏机理。论文第三章,使用水浴法制备的碳球作为模板合成ZnO掺杂的Sn02空心球纳米材料,用合成的复合材料作为敏感材料制成传感器,对其乙醇特性进行研究,实验结果表明以复合材料制成的传感器比纯相Sn02空心球具有更好的气敏特性,对乙醇气体表现出更高的灵敏度、选择性。论文第四章,通过化学气相沉积工艺(CVD)方法制备了单晶的氧化镓纳米带,并基于其材料制作了一个简单的电子器件,并对其进行了电学特性测试,发现器件具有电容特性,并对这种现象进行了解释和分析。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TB383.1;O614.432
【部分图文】：
我们使用扫面电子显微镜（Ｓｃａｎｎｉｎｇ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）对材料的表面形貌进行表??征，型号为美国ＦＥＩ公司的ｑｕａｎｔａ４５０环境扫描电镜，工作电压为２０ｋｖ。??实验所制备的碳球材料在不同放大倍数下ＳＥＭ图像，如图２．１（ａ）和（ｂ）所示。从图??片上可以得产物样品呈球形，碳球的平均直径为５００?ｎｍ左右，尺寸均勻性良好，因为??样品中含有大量的碳，所以我们称葡萄糖水热法制备出的固相产物为碳球。??關＿??图２．１碳球的ＳＥＭ图像??Ｆｉｇ．?２．１?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｂａｌｌ??水热法合成的碳球表面是亲水的并且拥有大量经基（－０Ｈ）和豫基（００）官能团分布。??－１２?－??
箱中加热到一定温度后，葡萄糖在水热的条件下会发生各种化学反应，并生成由各种有??机化合物形成的混合物，这就使得我们难以确定在反应爸中具体发生了那些确切的化学??反应。根据实验结果，碳球的形成似乎更符合ＬａＭｅｒ模型［４３］，形成机理如图２．２所示，??当水热的条件温度比较低时或反应时间比较短时是没有碳球形成的，然而，随着实验温??度的升高或者反映时间的延长，会得到一些红色或橙色的产物，所得到的溶液的粘度也??有一定的增加，表明有一定的芳香族化合物或低聚糖的形成，用图中的聚合步骤表示，??当溶液达到临界饱和状态时，线状或低聚糖分子间发生脱水反应，并产生交联碳化形成??核结构，然后随着水热反应的进行，溶液中的溶质向形成的核表面继续扩散并碳化，从??而形成尺寸均勻、各向同性的碳球，最后碳球从反应溶液中析出，可以通过离心分离出??来。使用葡萄糖在水热条件下合成碳球有一下两个优点：??（１）此过程是绝对“绿色”环保的，从葡萄糖水溶液中得到碳球即没有采用有毒试剂，??同时在实验的过程中也没有形成有毒物质。??（２）在制备碳球的过程中没有引入任何的有机溶剂、引发剂或表面活性剂
２．?３．?４?Ｓｎ０２空心球的合成过程??本实验使用碳球作为模板制备Ｓｎ０２空心球的表面－层－吸附和烧结机理的示意图如??图２．６所示，通过葡萄糖在水热的条件下发生脱水和聚合反应制备碳球，并用其作为模??板。这个在２．２中已经做了详细的阐述。球体的表面是亲水的，在其表面含有大量的轻??基（－０Ｈ）和裁基（ＣＯ）等功能团，其组分与多糖相类似［４７］。当把碳球分散在事先配置好的??含有Ｓｎ４＋离子的金属盐溶液中，碳球表面的功能团就会通过配位或者静电作用与金属阳??离子相结合，在随后的锻烧过程中，与碳球表面相结合的金属阳离子交联形成致密的氧??化物空心球，这种氧化物空心球实际上是碳球模板的副本，结合，２．２节中碳球的直径和??２．３．３节ＳｎＣｈ空心球的直径可知，氧化物空心球的直径与碳球相比有一定的减小，但是??幅度不是太大。??这个过
【参考文献】
本文编号：2858745
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TB383.1;O614.432
【部分图文】：
我们使用扫面电子显微镜（Ｓｃａｎｎｉｎｇ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）对材料的表面形貌进行表??征，型号为美国ＦＥＩ公司的ｑｕａｎｔａ４５０环境扫描电镜，工作电压为２０ｋｖ。??实验所制备的碳球材料在不同放大倍数下ＳＥＭ图像，如图２．１（ａ）和（ｂ）所示。从图??片上可以得产物样品呈球形，碳球的平均直径为５００?ｎｍ左右，尺寸均勻性良好，因为??样品中含有大量的碳，所以我们称葡萄糖水热法制备出的固相产物为碳球。??關＿??图２．１碳球的ＳＥＭ图像??Ｆｉｇ．?２．１?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｂａｌｌ??水热法合成的碳球表面是亲水的并且拥有大量经基（－０Ｈ）和豫基（００）官能团分布。??－１２?－??
箱中加热到一定温度后，葡萄糖在水热的条件下会发生各种化学反应，并生成由各种有??机化合物形成的混合物，这就使得我们难以确定在反应爸中具体发生了那些确切的化学??反应。根据实验结果，碳球的形成似乎更符合ＬａＭｅｒ模型［４３］，形成机理如图２．２所示，??当水热的条件温度比较低时或反应时间比较短时是没有碳球形成的，然而，随着实验温??度的升高或者反映时间的延长，会得到一些红色或橙色的产物，所得到的溶液的粘度也??有一定的增加，表明有一定的芳香族化合物或低聚糖的形成，用图中的聚合步骤表示，??当溶液达到临界饱和状态时，线状或低聚糖分子间发生脱水反应，并产生交联碳化形成??核结构，然后随着水热反应的进行，溶液中的溶质向形成的核表面继续扩散并碳化，从??而形成尺寸均勻、各向同性的碳球，最后碳球从反应溶液中析出，可以通过离心分离出??来。使用葡萄糖在水热条件下合成碳球有一下两个优点：??（１）此过程是绝对“绿色”环保的，从葡萄糖水溶液中得到碳球即没有采用有毒试剂，??同时在实验的过程中也没有形成有毒物质。??（２）在制备碳球的过程中没有引入任何的有机溶剂、引发剂或表面活性剂
２．?３．?４?Ｓｎ０２空心球的合成过程??本实验使用碳球作为模板制备Ｓｎ０２空心球的表面－层－吸附和烧结机理的示意图如??图２．６所示，通过葡萄糖在水热的条件下发生脱水和聚合反应制备碳球，并用其作为模??板。这个在２．２中已经做了详细的阐述。球体的表面是亲水的，在其表面含有大量的轻??基（－０Ｈ）和裁基（ＣＯ）等功能团，其组分与多糖相类似［４７］。当把碳球分散在事先配置好的??含有Ｓｎ４＋离子的金属盐溶液中，碳球表面的功能团就会通过配位或者静电作用与金属阳??离子相结合，在随后的锻烧过程中，与碳球表面相结合的金属阳离子交联形成致密的氧??化物空心球，这种氧化物空心球实际上是碳球模板的副本，结合，２．２节中碳球的直径和??２．３．３节ＳｎＣｈ空心球的直径可知，氧化物空心球的直径与碳球相比有一定的减小，但是??幅度不是太大。??这个过
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 刘国华,杜忻锐;半导体气敏传感器的原理及应用[J];煤炭技术;2001年09期
本文编号：2858745
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