改性SmFeO 3 气敏材料的制备及甲醇气敏性能研究

发布时间：2023-06-03 07:01

　　工业的持续发展导致环境污染日益严重,空气污染成为威胁人们身体健康的重要隐患。因此实时监测空气中的毒害气体,以便于及时防范显得尤为必要。一定含量的甲醇会引起恶心、头疼、呼吸困难等中毒症状,严重会导致失明,同时对人体的神经系统和血液系统都有很大的危害。因此,制备出一种高性能的甲醇气敏传感器迫在眉睫。近年来,金属氧化物半导体材料由于易操作、易制备和成本低广泛被关注,而SmFeO3作为一种典型的p型半导体材料由于响应高、稳定性好等优良的气敏性能,因此是一种比较有发展前景的气敏材料。本文采用了溶胶-凝胶法(sol-gel)与微波辅助相结合制备了钙钛矿复合氧化物SmFeO3及Co-Fe2O3、ZnO复合的SmFeO3材料,并以SmFeO3为基础材料,采用分子印记技术制备了Co-Fe2O3/SmFeO3和ZnO/SmFeO3,在此基础上结合水热法构建SmFeO3微球。采用XRD、TEM、SEM、XPS、BET对所制备的材料进行结构和微观形貌表征。将所制备的样品制备成气敏元件对其进行气敏性能测试,并对机理进行初步分析。主要内容如下:一、通过微波辅助溶胶-凝胶法制备了不同比例的Co-Fe2O3/SmFe...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 气敏传感器
        1.2.1 金属氧化物半导体气体传感器
        1.2.2 金属氧化物半导体气体传感器的种类
        1.2.3 金属氧化物气敏传感器的敏感原理
        1.2.4 金属氧化物气敏传材料的制备方法
    1.3 金属氧化物半导体气敏传感器研究进展及存在的问题
    1.4 常见增强金属氧化物半导体气敏性能的方法
        1.4.1 贵金属负载
        1.4.2 离子掺杂
        1.4.3 构建异质结
    1.5 p型半导体金属氧化物气体传感器的发展现状及存在的主要问题
        1.5.1 发展现状
        1.5.2 存在的主要问题
    1.6 论文的选题依据和研究内容
第二章 实验部分
    2.1 所用试剂及仪器设备
    2.2 材料制备
        2.2.1 Co-Fe₂O₃/SmFeO₃与ZnO/SmFeO₃异质结纳米材料的制备
        2.2.2 分子印迹聚合物的合成
    2.3 材料表征
    2.4 气敏元件的制作及气敏性能测试方法
        2.4.1 气敏元件制作
        2.4.2 气敏性能测试
第三章 Co-Fe₂O₃/SmFeO₃与ZnO/SmFeO₃异质结纳米材料的形貌及其气敏性能研究
    3.1 Co-Fe₂O₃/SmFeO₃纳米材料的制备
    3.2 Co-Fe₂O₃/SmFeO₃材料的结构表征结果
        3.2.1 XRD结构分析
        3.2.2 形貌分析
    3.3 Co-Fe₂O₃/SmFeO₃材料气敏性能研究
        3.3.1 不同比例的Co-Fe₂O₃/SmFeO₃材料的灵敏度测试
        3.3.2 Co-Fe₂O₃/SmFeO₃材料的选择性测试
        3.3.3 Co-Fe₂O₃/SmFeO₃材料的多浓度测试
    3.4 ZnO/SmFeO₃材料的制备
        3.4.1 XRD结构分析
        3.4.2 XPS分析
        3.4.3 形貌分析
    3.5 ZnO/SmFeO₃气敏性能测试
        3.5.1 ZnO/SmFeO₃灵敏度与选择性测试
        3.5.2 ZnO/SmFeO₃的响应恢复时间测试
        3.5.3 ZnO/SmFeO₃的重复性及多浓度测试
        3.5.4 湿度对ZnO/SmFeO₃传感器的影响
    3.6 气敏机理的解释
    3.7 本章小结
第四章 分子印迹Co-Fe₂O₃/SmFeO₃与ZnO/SmFeO₃异质结纳米材料的制备及其气敏性能研究
    4.1 前言
    4.2 分子印迹HCSFO与HZSFO异质结纳米材料的制备
    4.3 HCSFO的结果与讨论
        4.3.1 XRD结果及分析
        4.3.2 XPS结果及分析
        4.3.3 形貌分析
    4.4 分子印迹Co-Fe₂O₃/SmFeO₃纳米材料的气敏性能研究
        4.4.1 不同功能单体印迹Co-Fe₂O₃/SmFeO₃纳米材料灵敏度的测试
        4.4.2 分子印迹Co-Fe₂O₃/SmFeO₃纳米材料选择性
        4.4.3 分子印迹Co-Fe₂O₃/SmFeO₃纳米材料响应恢复时间和重复性
        4.4.4 分子印迹Co-Fe₂O₃/SmFeO₃的多浓度测试
        4.4.5 分子印迹Co-Fe₂O₃/SmFeO₃纳米材料浓度与线性关系
        4.4.6 分子印迹Co-Fe₂O₃/SmFeO₃材料稳定性测试
    4.5 分子印迹ZnO/SmFeO₃材料的结果与讨论
        4.5.1 XRD结果及分析
    4.6 分子印迹ZnO/SmFeO₃材料的气敏性能研究
        4.6.1 分子印迹ZnO/SmFeO₃材料的灵敏度
        4.6.2 分子印迹ZnO/SmFeO₃材料的选择性
        4.6.3 分子印迹ZnO/SmFeO₃材料的响应恢复时间与重复性
        4.6.4 分子印迹ZnO/SmFeO₃材料的浓度测试
    4.7 气敏机理的解释
    4.8 本章小结
第五章 Sm₂O₃/ZnO/SmFeO₃微球的制备与气敏性能研究
    5.1 前言
    5.2 实验部分
        5.2.1 Sm₂O₃/ZnO/SmFeO₃微球的制备
        5.2.2 Sm₂O₃/ZnO/SmFeO₃微球的表征
        5.2.3 气敏元件的制作及气敏性能测试
    5.3 Sm₂O₃/ZnO/SmFeO₃微球的结构与形貌表征结果
        5.3.1 XRD的结果与分析
        5.3.2 SEM分析
        5.3.4 BET结果分析
        5.3.5 TEM分析
        5.3.6 XPS结果分析
    5.4 Sm₂O₃/ZnO/SmFeO₃微球材料气敏性能研究
        5.4.1 Sm₂O₃/ZnO/SmFeO₃微球灵敏度测试
        5.4.2 Sm₂O₃/ZnO/SmFeO₃微球选择性测试
        5.4.3 Sm₂O₃/ZnO/SmFeO₃微球多浓度测试和线性关系
        5.4.4 Sm₂O₃/ZnO/SmFeO₃微球响应恢复时间与稳定性测试
    5.5 气敏机理的解释
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 创新点
    6.2 总结
    6.3 展望
参考文献
致谢
硕士期间完成的科研成果



本文编号：3828862