二氧化钛纳米管阵列的制备、改性和氢气敏感性能研究
发布时间：2021-01-21 04:21
H2作为一种应用广泛的清洁能源,具有易燃易爆的特性,在生产、运输、储存过程中易发生火灾爆炸事故,对H2进行有效的探测和监控显得尤为必要。半导体金属氧化物型气体传感器由于成本低廉、物理化学性质稳定且材料来源广泛等优点被广泛研究,用于探测H2的初期泄漏具有重要的意义和研究价值。本文首先研究了阳极氧化法中反应电压、反应时间、电解液中水含量对TiO2纳米管形貌的影响。在此基础上,优化了合成的反应参数,制备出高度有序,长度3-4μm,直径100 nm的TiO2纳米管,并测试了其在空气中对H2的气敏性能,同时对气敏机理做了解释。TiO2纳米管在200-350 ℃温度范围内,对H2的选择性最好,最适工作温度为325℃,对300 ppm H2响应值为144。温度检测下限为200℃,浓度下限为20 ppm。但长达几百秒的恢复时间以及较高的工作温度不利于在探测H2方面的应用。通过浸渍法制备...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２气体传感器的类别ｎ??
表面吸附空气中的氧气，氧气从材料捕获电子以产生〇２＿、〇？离子，造成材料电??子浓度降低导带变窄，材料表面的电子密度减小而在材料的表面上形成电子耗尽??层，这些因素增加了金属氧化物的基础电阻。如图１．３所示，以ｎ型半导体金属??氧化物材料为例，当表面控制金属氧化物与１１２等还原性气体接触时，Ｈ２会与吸??附在材料表面上的氧离子发生氧化还原反应并释放电子。材料的内部电子密度增??力口，从而使材料本身的电阻降低，这个过程被称为传感器的响应过程。当还原气??体中脱离材料时，材料表面继续吸附氧气，从材料中重新捕获电子，此时，材料??的电子浓度降低，材料电阻增加这个过程被称为传感器的恢复过程。另外，??当材料与氧化气体接触时，目标气体被吸附在金属氧化物表面，从材料进一步捕??获电子导致ｎ型半导体的电阻继续增加。反应发生后，吸附在材料上的氧化性气??体脱离材料表面，氧化性气体从材料表面捕获的电子被释放回到
??除了协同效应之外，两种或更多种组分之间形成的异质结也有助于提高复合??气体传感器的性能［３Ｇ＿３３１。如图１．４所示，不同材料组分在空气环境中会形成异质??结势垒，异质结暴露于目标气体后势垒会发生显著的变化，因为材料自身导带价??带所含能量的不同，当两种不同的半导体材料复合时会导致材料的电子重新分??配，之后会在整个材料内部达到平衡并形成电场，抑制或者有利于电子向特定方??向转移的能力，从而提升材料的整体气敏性能。复合材料中成分组成比例对材料??气敏性能影响很大，改变复合材料中每种材料的比例都会造成气敏性能产生很大??地改变。??Ｂｅｆｏｒｅ?Ｃｏｎｔａｃｔ?Ａｆｔｅｒ?Ｃｏｎｔａｃｔ??Ｏｆｐｋｔｉｏｎ??二德■?＿＿ｆ??（ａ）?（ｂ）?观應??（ｃ）?（ｄ）?Ａｃｃｕｍｄａｔｌｏｆｔ?Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ??Ｅ?．．．．抑，??Ｅｃ??Ｈ—ｅ，?ｆＢ？??Ｆ?念??丨?Ｅ．—卜一—－ｔＳＭ
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属氧化物气敏传感器[J]. 刘湘军,谭湘倩,浣石. 广州大学学报(自然科学版). 2007(05)
[2]氢气爆炸特性研究(英文)[J]. Hidenori Matsui. 中国安全生产科学技术. 2005(06)
[3]一氧化碳传感器的应用与进展[J]. 杨邦朝,段建华. 传感器技术. 2001(12)
[4]纳米材料和纳米结构[J]. 中国科学院院刊. 2001(06)
[5]γ-Fe2O3超微粉的制备及气敏掺杂效应研究新进展[J]. 牛新书,徐荭,王新军. 传感技术学报. 2000(04)
[6]CuO—ZnO异质结气体传感器的敏感性能[J]. 胡英,周晓华,魏红军. 传感器技术. 2000(06)
[7]气体传感器的发展概况和发展方向[J]. 刘崇进,陈明光,贝承训,倪新蕾,梁海生. 计算机自动测量与控制. 1999(02)
博士论文
[1]TiO2纳米管阵列的可控制备及气敏性能研究[D]. 王岩.合肥工业大学 2012
硕士论文
[1]SnO2基异质结纳米纤维的制备及气敏性能研究[D]. 陈冬冬.中国科学技术大学 2017
[2]基于掺杂、表面修饰及材料复合等方法提高气体传感器气敏性能的研究[D]. 林颖.吉林大学 2016
本文编号：2990447
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２气体传感器的类别ｎ??
表面吸附空气中的氧气，氧气从材料捕获电子以产生〇２＿、〇？离子，造成材料电??子浓度降低导带变窄，材料表面的电子密度减小而在材料的表面上形成电子耗尽??层，这些因素增加了金属氧化物的基础电阻。如图１．３所示，以ｎ型半导体金属??氧化物材料为例，当表面控制金属氧化物与１１２等还原性气体接触时，Ｈ２会与吸??附在材料表面上的氧离子发生氧化还原反应并释放电子。材料的内部电子密度增??力口，从而使材料本身的电阻降低，这个过程被称为传感器的响应过程。当还原气??体中脱离材料时，材料表面继续吸附氧气，从材料中重新捕获电子，此时，材料??的电子浓度降低，材料电阻增加这个过程被称为传感器的恢复过程。另外，??当材料与氧化气体接触时，目标气体被吸附在金属氧化物表面，从材料进一步捕??获电子导致ｎ型半导体的电阻继续增加。反应发生后，吸附在材料上的氧化性气??体脱离材料表面，氧化性气体从材料表面捕获的电子被释放回到
??除了协同效应之外，两种或更多种组分之间形成的异质结也有助于提高复合??气体传感器的性能［３Ｇ＿３３１。如图１．４所示，不同材料组分在空气环境中会形成异质??结势垒，异质结暴露于目标气体后势垒会发生显著的变化，因为材料自身导带价??带所含能量的不同，当两种不同的半导体材料复合时会导致材料的电子重新分??配，之后会在整个材料内部达到平衡并形成电场，抑制或者有利于电子向特定方??向转移的能力，从而提升材料的整体气敏性能。复合材料中成分组成比例对材料??气敏性能影响很大，改变复合材料中每种材料的比例都会造成气敏性能产生很大??地改变。??Ｂｅｆｏｒｅ?Ｃｏｎｔａｃｔ?Ａｆｔｅｒ?Ｃｏｎｔａｃｔ??Ｏｆｐｋｔｉｏｎ??二德■?＿＿ｆ??（ａ）?（ｂ）?观應??（ｃ）?（ｄ）?Ａｃｃｕｍｄａｔｌｏｆｔ?Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ??Ｅ?．．．．抑，??Ｅｃ??Ｈ—ｅ，?ｆＢ？??Ｆ?念??丨?Ｅ．—卜一—－ｔＳＭ
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属氧化物气敏传感器[J]. 刘湘军,谭湘倩,浣石. 广州大学学报(自然科学版). 2007(05)
[2]氢气爆炸特性研究(英文)[J]. Hidenori Matsui. 中国安全生产科学技术. 2005(06)
[3]一氧化碳传感器的应用与进展[J]. 杨邦朝,段建华. 传感器技术. 2001(12)
[4]纳米材料和纳米结构[J]. 中国科学院院刊. 2001(06)
[5]γ-Fe2O3超微粉的制备及气敏掺杂效应研究新进展[J]. 牛新书,徐荭,王新军. 传感技术学报. 2000(04)
[6]CuO—ZnO异质结气体传感器的敏感性能[J]. 胡英,周晓华,魏红军. 传感器技术. 2000(06)
[7]气体传感器的发展概况和发展方向[J]. 刘崇进,陈明光,贝承训,倪新蕾,梁海生. 计算机自动测量与控制. 1999(02)
博士论文
[1]TiO2纳米管阵列的可控制备及气敏性能研究[D]. 王岩.合肥工业大学 2012
硕士论文
[1]SnO2基异质结纳米纤维的制备及气敏性能研究[D]. 陈冬冬.中国科学技术大学 2017
[2]基于掺杂、表面修饰及材料复合等方法提高气体传感器气敏性能的研究[D]. 林颖.吉林大学 2016
本文编号：2990447
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2990447.html
