氧化钛及其复合材料的制备及湿敏性能研究

发布时间：2017-12-11 07:13

  本文关键词：氧化钛及其复合材料的制备及湿敏性能研究

  更多相关文章： 二氧化钛/石墨烯 海胆结构 灵敏度 响应恢复时间 湿度传感器

【摘要】：TiO_2是一种典型的n型半导体材料,因纳米化的TiO_2无毒、生物兼容性好、耐光腐蚀等诸多优点,现已被广泛应用于生物传感、太阳能电池等诸多领域。另外,TiO_2也是一种感湿性能优良的湿敏材料,其在湿敏领域的研究也一直广受关注。但由于纯相TiO_2电阻高、灵敏度低、响应恢复迟缓,使其在湿敏传感领域的实际应用受到限制。目前对TiO_2湿敏材料的改进方法主要是与其他材料复合及控制材料形貌。将TiO：与导电性能好的材料进行复合,可以解决电阻大的问题。通过控制TiO：形貌可以提高比表面积,提供更多的水分子吸附位点,从而大大提高传感器的灵敏度。因此本论文分别设计合成了颗粒状二氧化钛/石墨烯(P-TiO_2/G)、海胆状二氧化钛(U-TiO_2)及海胆状二氧化钛/石墨烯(U-TiO_2/G)系列湿敏材料,并进行湿敏性能的测试及感湿机理的探究,具体研究内容如下：(1)为降低TiO_2湿敏材料电阻,在氨水诱导下通过溶胶-凝胶联合水热法制备得到P-TiO_2/G, G的加入不仅可以增加TiO_2的导电性,同时G的高比表面积有利于TiO_2的分散从而提供更多的水分子吸附位点。调变氨水用量制备了三组P-TiO_2负载量不同的P-TiO_2/G材料,所得材料中TiO_2颗粒均匀分布在石墨烯片层上,大小均一,粒径7～10 nm并具有丰富的介孔结构。测试表明G的加入大大改善了材料的导电性,P-TiO_2负载重为90 wt.%的样品具有最好的线性响应、最高的灵敏度(S=2223)及较小的湿滞系数H=5%,连续60天的测试表明P-TiO_2/G也具有良好的湿敏稳定性。(2)为了提高TiO_2比表面积以得到更多水分子吸附位点,提高湿敏材料灵敏度,制备了U-TiO_2;为进一步提高其导电性,又合成了U-TiO_2/G。纯相U-TiO_2尺寸约为2.5μm, U-TiO_2/G中U-TiO_2均匀附着在G片层上,尺寸约为1.5μm。测试分析表明,G的加入有效降低了U-TiO_2/G的电阻。此外,由于材料独特的高比表面积及丰富的孔道结构,U-TiO_2和U-TiO_2/G都具有优异的湿敏性能。对比之下,U-TiO_2具有更快的响应时间为1 s,得益于TiO_2和G之间形成的肖特基结,U-TiO_2/G具有更好的线性响应及更短的恢复时间18 s,另外,两材料均具有较小的湿滞现象及良好的湿敏稳定性。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11;TB33

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 于小雯;盛凯旋;陈骥;李春;石高全;;基于石墨烯修饰电极的电化学生物传感[J];化学学报;2014年03期

2 吴娟霞;徐华;张锦;;拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J];化学学报;2014年03期

3 张芸秋;梁勇明;周建新;;石墨烯掺杂的研究进展[J];化学学报;2014年03期

4 龙梅;丛野;李轩科;崔正威;董志军;袁观明;;部分还原氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的水热合成及其光催化活性[J];物理化学学报;2013年06期

5 黄桥;孙红娟;杨勇辉;;氧化石墨的谱学表征及分析[J];无机化学学报;2011年09期

，

本文编号：1277540