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

发布时间：2017-07-04 21:09

  本文关键词：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

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【摘要】：随着人们对于环境安全与保护关注的日益增加,传感器作为一种简单便捷的检测手段逐渐走入人们的视线。其中气体传感器与人们的生活休戚相关,例如工业中排放出来的氮氧化物、硫化物、以及室内装修释放出来的甲醛、甲苯等有毒有害气体不仅污染环境,同时也会引起各种疾病,危害人们的身体健康。为了更好的检测这些有毒有害气体,避免对人们的身心造成伤害,科研工作者们开始致力于制备高响应度、快速响应恢复、高选择性和稳定性的气体传感器。其中金属氧化物半导体气体传感器由于其制备工艺简单,成本低廉,性能优良,被视为最主要的气体传感器之一。到目前为止人们已经尝试用不同方法制备出了形貌各异的半导体敏感材料,但是纯的半导体敏感材料气体传感器存在很多不足之处,如响应度不高,响应时间长,抗干扰能力差等,因此人们开始采用掺杂、表面修饰以及材料复合等方法提高材料的气体敏感性能。本次论文主要内容划分为以下四个部分:第一,通过静电纺丝方法合成氧化锡纳米纤维敏感材料,为提高其气体敏感性能利用贵金属的催化作用,在纳米纤维表面修饰贵金属钯纳米粒子;第二,采用水热方法合成氧化锡纳米球材料,通过氧化铟和贵金属钯双掺杂提高其气体敏感性能;第三,通过两步水热方法合成花状氧化锌纳米材料,之后在表面修饰贵金属金并探索其气体敏感性能;第四,通过水热方法合成氧化镍纳米立方材料,再一次水热合成氧化镍/氧化锡纳米复合材料,高温煅烧形成中空结构并探索其气体敏感性能。论文中具体探索了一维和三维金属氧化物半导体敏感材料,利用XRD、SEM、EDX、TEM、XPS、BET等手段对合成材料进行表征,并测试其气体敏感性能。纯的金属氧化物半导体气体传感器的气体敏感性质不佳,为了进一步提高传感器的气体敏感性能我们采用了掺杂、表面修饰及材料复合的方法,实验结果表明对于100 ppm甲醛气体进行测试,钯表面修饰的氧化锡纳米纤维气体传感器较于纯的氧化锡纳米纤维材料响应度提高两倍,最佳工作温度有所降低,响应恢复时间变快,这对于传感器的实际应用大有裨益;铟和钯双掺杂的氧化锡纳米材料气体传感器的响应度较于纯的氧化锡纳米材料气体传感器提高很大,响应恢复时间也有很大的改善;金表面修饰的花状氧化锌纳米材料的气体传感器对于丙酮有很好的气体敏感性能,对于100 ppm丙酮响应度达到18.8;中空氧化镍和氧化锡纳米复合材料气体传感器对于100 ppm乙炔气体响应度达到13.8,比纯的氧化锡纳米材料气体传感器响应度提高两倍,此外响应恢复特性、选择性及稳定性都有明显改善。复合材料气敏性能的提高主要是由于异质结构的存在,其次中空结构拥有更大的比表面积,为待测气体提供更多的吸附位点,进一步提高传感器的响应度及响应恢复特性。
【关键词】：掺杂 表面修饰 材料复合 气体传感器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TP212
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 传感器11-12
• 1.1.1 传感器定义11
• 1.1.2 传感器分类11-12
• 1.2 气体传感器12-13
• 1.2.1 概述12-13
• 1.2.2 气体传感器的分类13
• 1.3 纳米材料13-16
• 1.3.1 一维纳米材料14-15
• 1.3.2 二维纳米材料15
• 1.3.3 三维纳米材料15-16
• 1.4 纳米材料合成方法16-18
• 1.4.1 水热溶剂热法16-17
• 1.4.2 静电纺丝法17-18
• 1.5 传感器制备流程与性能测试18-19
• 1.6 本论文的主要工作19-20
• 第二章 钯表面修饰的氧化锡纳米纤维气体传感器的研究20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 实验部分20-22
• 2.2.1 实验准备20-21
• 2.2.2 材料制备21-22
• 2.3 结果与讨论22-29
• 2.3.1 材料表征22-25
• 2.3.2 气敏性能分析25-28
• 2.3.3 机理解释28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 双掺杂氧化锡纳米球气体传感器的研究30-39
• 3.1 引言30
• 3.2 实验部分30-32
• 3.2.1 实验准备30-31
• 3.2.2 材料制备31-32
• 3.3 结果与讨论32-38
• 3.3.1 材料表征32-34
• 3.3.2 气敏性能分析34-37
• 3.3.3 机理解释37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 金修饰花状氧化锌纳米材料气体传感器的研究39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 实验部分39-41
• 4.2.1 实验准备39-40
• 4.2.2 材料制备40-41
• 4.3 结果与讨论41-49
• 4.3.1 材料表征41-44
• 4.3.2 气敏性能分析44-48
• 4.3.3 机理解释48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 中空NiO/SnO_2纳米复合材料的合成及其气敏性能的研究50-62
• 5.1 引言50
• 5.2 实验部分50-52
• 5.2.1 实验准备50-51
• 5.2.2 材料制备51-52
• 5.3 结果与讨论52-61
• 5.3.1 材料表征52-57
• 5.3.2 气敏性能分析57-60
• 5.3.3 机理解释60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 结论62-64
• 参考文献64-68
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果68-69
• 致谢69

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本文编号：519331