基于一维氧化铟纳米管的制备及其气敏性能研究

发布时间：2017-09-17 07:08

  本文关键词：基于一维氧化铟纳米管的制备及其气敏性能研究

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【摘要】：氧化铟(In_2O_3),其带隙宽度在3.55~3.75 eV之间,是一种重要的n型半导体氧化物,属于III-VI族,并且具有较高的电导性。具有新奇特性的光学和电学性能的氧化铟,可以用于制备气敏元件(用于检测HCHO、NH3、CO、NO2、O3、Cl2、CO2和H2等)、太阳能电池、平板显示器、探测器、有机发光二级管、光电子器件、透明导体、紫外可见(紫外线)激光器等。因此,本文根据氧化铟的性质,通过同轴静电纺丝方法制备一维氧化铟基纳米材料,探究其制备工艺并开展其在气敏方向的性能研究。主要内容如下:(1)同轴静电纺丝法合成SnO2/In_2O_3纳米管及其气敏性能的研究以硝酸铟、氯化亚锡为无机源,DMF为溶剂,PVP为增稠剂,采用同轴静电纺丝方法,制备异质结构的二氧化锡/氧化铟纳米管。该纳米管的直径约50~100nm,长约几微米,是由粒径为5~10 nm左右的二氧化锡/氧化铟纳米粒子组成,展现了较高的比表面积(最高可达56 m2/g)。通过对其气敏性能的研究,结果显示合成的多孔二氧化锡/氧化铟纳米管对甲醛呈现出良好的灵敏度响应(S=400 at500 ppm),低检测限(低至250 ppb),响应恢复时间分别为60 s和97 s,且30天后,其响应值仍能达到初始值的94.68%,显示出其很好的长期利用性。(2)同轴静电纺丝法合成Zn掺杂的In_2O_3纳米管及其气敏性能的研究采用同轴静电纺丝法合成Zn掺杂的In_2O_3纳米管,并通过XRD、TEM、SEM、BET等表征手段详细研究该系列材料的结构,证明了Zn掺杂的In_2O_3纳米管的成功制备。当Zn(按醋酸锌计)的掺杂量达到3%时,Zn掺杂的In_2O_3纳米管展现了其高的响应能力和低检测限(S=505 at 500 ppm,S=5.54 at 0.25 ppm)。同时,对该材料制成的气敏元件经过持续监测30天后,其灵敏度响应值仍能保持在最初值的87.63%。另外,该材料对甲醛表现出卓越的选择性。(3)同轴静电纺丝法合成Ag/In_2O_3纳米管及其气敏性能的研究通过同轴静电纺丝,一步法制备Ag/In_2O_3纳米管。Ag/In_2O_3纳米管制备,经过一系列SEM、TEM、XRD等的表征,证明了该Ag/In_2O_3纳米管的成功制备。在最佳工作温度为375°C时,Agv/In_2O_3纳米管对当甲醛浓度范围为0.25~500 ppm时的甲醛,表现出优异的灵敏度响应(S=1016 at 500 ppm)、独特的选择性和快速的响应恢复时间(50 ppm,174 s/12 s)。且在30天后,气敏元件对甲醛的响应值仍能达到初始灵敏度的94.12%。Ag/In_2O_3纳米管优异的特性展现了其在甲醛气体传感器方向优异的潜能。
【关键词】：氧化铟 纳米管 掺杂 同轴静电纺丝 气体传感器
【学位授予单位】：哈尔滨师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TQ133.53
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 纳米材料概述13
• 1.2 氧化铟纳米材料的概述13-20
• 1.2.1 氧化铟纳米材料的合成14-19
• 1.2.1.1 零维 In_2O_3 纳米材料的合成14-16
• 1.2.1.2 一维 In_2O_3 纳米材料的合成16-17
• 1.2.1.3 介孔In_2O_3纳米材料的合成17-19
• 1.2.2 氧化铟纳米材料的应用19-20
• 1.2.2.1 纳米氧化铟粉体在碱性锌锰电池方向中的利用19
• 1.2.2.2 纳米氧化铟锡在透明隔热涂料方向的利用19
• 1.2.2.3 纳米氧化铟在气体传感器方向的利用19-20
• 1.3 本课题选题依据和主要内容20-23
• 1.3.1 本课题的选题依据20-22
• 1.3.2 本课题的选题内容22-23
• 第2章 同轴静电纺丝法合成SnO_2/In_2O_3纳米管及其气敏性能研究23-36
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验材料及仪器设备24
• 2.2.1 主要试剂表24
• 2.2.2 主要仪器24
• 2.3 实验部分24-25
• 2.3.1 多孔SnO_2/In_2O_3纳米管的合成24-25
• 2.3.2 气敏性能的测试25
• 2.4 结果和讨论25-35
• 2.4.1 多孔SnO_2/In_2O_3纳米管的表征25-31
• 2.4.2 多孔SnO_2/In_2O_3纳 米管的气敏性能及机理31-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 同轴静电纺丝法合成Zn掺杂In_2O_3纳 米管及其气敏性能的研究36-50
• 3.1 引言36-37
• 3.2 实验材料及仪器设备37
• 3.2.1 主要试剂表37
• 3.2.2 主要仪器37
• 3.3 实验部分37-38
• 3.3.1 Zn 掺杂的 In_2O_3 纳米管的合成37-38
• 3.3.2 气敏性能测试38
• 3.4 结果和讨论38-49
• 3.4.1 ZINs纳米管的表征38-44
• 3.4.2 Zn掺杂In_2O_3纳米管的气敏性能44-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 基于静电纺丝法合成Ag/In_2O_3复合材 料及其气敏性能的研究50-62
• 4.1 引言50-51
• 4.2 实验材料及仪器设备51
• 4.2.1 主要试剂表51
• 4.2.2 主要仪器51
• 4.3 实验部分51-52
• 4.3.1 Ag/In_2O_3纳米管的合成51-52
• 4.3.2 气敏性能的测试52
• 4.4 结果和讨论52-61
• 4.4.1 Ag/In_2O_3纳米管的结构表征52-57
• 4.4.2 Ag/In_2O_3气敏性能57-61
• 4.5 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文75-77
• 致谢77

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