纯钛表面微纳米TiO 2 的制备及其气湿敏性能研究
发布时间：2021-11-22 11:24
随着人类生活水平的提高和人工智能技术的迅猛发展,用于环境空气监测、医疗诊断、军事探测等领域的气体传感器受到了广泛关注。作为构筑高性能气体传感器的基础,敏感材料一直以来就是该领域的研究焦点。TiO2是一种传统的n型MOX半导体材料,被广泛应用于光催化、太阳能电池、气体传感器等领域。但制备周期长、选择性差、稳定性不足等问题,限制了其作为气体传感器的实际应用,围绕这些问题目前主要采用形貌控制、表面修饰和掺杂等方法来改善TiO2的气湿敏性能。在此基础上,本文采用空气气氛下热氧化法制备微纳米TiO2,并通过氧化石墨烯（GO）和金属氧化物表面修饰来改善TiO2材料气/湿敏性能。本文在前期文献调研及实验探索的基础上,确定了研究方案,主要开展了如下几方面研究工作:（1）以纯Ti片为基体,通过热氧化法生长TiO2薄膜,确定了最佳热氧化温度为1000℃,并分析了TiO2热氧化生长机理。经过湿敏测试发现其展现了超过6个数量级的超高湿敏响应,但其对低湿度（RH≤30%）敏感性较差...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
不同气体传感器分类图
图 1.2 不同气体传感器分类图器性能参数器的应用越来越广泛，对于传感器的灵敏性、使用环境及器的种类及工作原理不同，因而具有不同标准来评价其性器为例，主要是通过灵敏度（S）、选择性、响应时间（τ来评价电阻式气体传感器性能表现[9]，一个完整响应恢复曲
纯钛表面微纳米 TiO2的制备及其气湿敏性能研究叉指电极上，所制备的敏感材料层厚度均匀可控，适合大批量生产。顶底结构器件由陶瓷和顶底铂电极系统组成，结构如图 1.4（c）所示。其先在陶瓷基板沉积一层底铂电极，然用磁控溅射法、物理/化学气相沉积、喷涂或其他方法沉积敏感材料层，然后在敏感材料层制备顶铂电极，这种电极结构制备工艺复杂，周期长难度大，但极大地改善敏感材料的气能。此外，可穿戴柔性基体电极结构凭借其轻便柔韧、贴合人类衣服和皮肤，实时监控传测信号，具有多层卷绕、性能倍增的特性，日渐受到研究者青睐。其基底一般采用聚对苯酸乙二醇酯（PET）、聚酰亚胺（PI）、有机硅薄膜、聚碳酸酯（PC）等柔性不导电薄膜，结构可根据需要设计为圆形、叉指、对电极等图案，见图 1.4（d）所示。这种电极结构缺于，柔性基体的机械性能不足，由于较强的柔性基底材料依赖性传感器的工作温度不高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]溶胶-凝胶法的基本原理、发展及应用现状[J]. 王焆,李晨,徐博. 化学工业与工程. 2009(03)
[2]TiO2纳米材料对甲醛气体的气敏性能研究[J]. 赵萌,王金兴,邹博,冯彩慧,吴凤清. 微纳电子技术. 2007(Z1)
[3]世界钛白粉工业生产现状与发展[J]. 刘建军. 新材料产业. 2007(04)
[4]一维纳米材料在气体传感器中的应用[J]. 徐甲强,陈玉萍,李亚栋,沈嘉年. 传感器技术. 2005(01)
[5]量子尺寸效应对超微粉TiO2表面态的影响[J]. 王子忱,王晓慧,杨桦,王德军,肖良质. 吉林大学自然科学学报. 1994(01)
博士论文
[1]氧化锌微米线酒精气体传感器研究[D]. 邹爱玲.大连理工大学 2016
[2]金属氧化物半导体纳米材料气敏传感性能及其自驱动系统的研究[D]. 文震.浙江大学 2016
[3]微纳结构金属氧化物半导体气体传感器的制备及性能研究[D]. 陈月皎.湖南大学 2015
[4]TiO2新型纳米材料的合成及性能[D]. 商书芹.山东大学 2012
[5]SnO2/TiO2体系气敏性能及其机理研究[D]. 曾文.重庆大学 2011
[6]纯钛水热法制备低维纳米结构TiO2及其光电化学性能研究[D]. 董祥.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]基于NiO纳米材料的气体传感器研究[D]. 王琛.吉林大学 2016
[2]半导体氧化物热线气体传感器[D]. 李广伟.郑州大学 2014
[3]Sb掺杂二氧化钛微纳米材料制备与气敏性能研究[D]. 陈枫.中南大学 2014
[4]Nb掺杂二氧化钛多孔薄膜的制备及氧敏性能的研究[D]. 甘霖慧.华中科技大学 2014
[5]Ag颗粒修饰TiO2薄膜的气敏性能研究[D]. 尚飞鹏.湖北大学 2013
[6]S/N共掺杂TiO2纳米管阵列制备及其性能研究[D]. 柯成.合肥工业大学 2012
[7]Cu2O修饰TiO2纳米管的制备及其性能研究[D]. 田慧.合肥工业大学 2012
[8]二氧化钛纳米带及其表面异质结构的制备与气敏性能研究[D]. 胡培广.山东大学 2011
[9]纳米级多孔二氧化钛空心球的制备及其性能研究[D]. 杨刚.北京化工大学 2010
[10]TiO2纳米管阵列和纳米线的制备及其性能研究[D]. 张艳艳.吉林大学 2009
本文编号：3511589
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
不同气体传感器分类图
图 1.2 不同气体传感器分类图器性能参数器的应用越来越广泛，对于传感器的灵敏性、使用环境及器的种类及工作原理不同，因而具有不同标准来评价其性器为例，主要是通过灵敏度（S）、选择性、响应时间（τ来评价电阻式气体传感器性能表现[9]，一个完整响应恢复曲
纯钛表面微纳米 TiO2的制备及其气湿敏性能研究叉指电极上，所制备的敏感材料层厚度均匀可控，适合大批量生产。顶底结构器件由陶瓷和顶底铂电极系统组成，结构如图 1.4（c）所示。其先在陶瓷基板沉积一层底铂电极，然用磁控溅射法、物理/化学气相沉积、喷涂或其他方法沉积敏感材料层，然后在敏感材料层制备顶铂电极，这种电极结构制备工艺复杂，周期长难度大，但极大地改善敏感材料的气能。此外，可穿戴柔性基体电极结构凭借其轻便柔韧、贴合人类衣服和皮肤，实时监控传测信号，具有多层卷绕、性能倍增的特性，日渐受到研究者青睐。其基底一般采用聚对苯酸乙二醇酯（PET）、聚酰亚胺（PI）、有机硅薄膜、聚碳酸酯（PC）等柔性不导电薄膜，结构可根据需要设计为圆形、叉指、对电极等图案，见图 1.4（d）所示。这种电极结构缺于，柔性基体的机械性能不足，由于较强的柔性基底材料依赖性传感器的工作温度不高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]溶胶-凝胶法的基本原理、发展及应用现状[J]. 王焆,李晨,徐博. 化学工业与工程. 2009(03)
[2]TiO2纳米材料对甲醛气体的气敏性能研究[J]. 赵萌,王金兴,邹博,冯彩慧,吴凤清. 微纳电子技术. 2007(Z1)
[3]世界钛白粉工业生产现状与发展[J]. 刘建军. 新材料产业. 2007(04)
[4]一维纳米材料在气体传感器中的应用[J]. 徐甲强,陈玉萍,李亚栋,沈嘉年. 传感器技术. 2005(01)
[5]量子尺寸效应对超微粉TiO2表面态的影响[J]. 王子忱,王晓慧,杨桦,王德军,肖良质. 吉林大学自然科学学报. 1994(01)
博士论文
[1]氧化锌微米线酒精气体传感器研究[D]. 邹爱玲.大连理工大学 2016
[2]金属氧化物半导体纳米材料气敏传感性能及其自驱动系统的研究[D]. 文震.浙江大学 2016
[3]微纳结构金属氧化物半导体气体传感器的制备及性能研究[D]. 陈月皎.湖南大学 2015
[4]TiO2新型纳米材料的合成及性能[D]. 商书芹.山东大学 2012
[5]SnO2/TiO2体系气敏性能及其机理研究[D]. 曾文.重庆大学 2011
[6]纯钛水热法制备低维纳米结构TiO2及其光电化学性能研究[D]. 董祥.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]基于NiO纳米材料的气体传感器研究[D]. 王琛.吉林大学 2016
[2]半导体氧化物热线气体传感器[D]. 李广伟.郑州大学 2014
[3]Sb掺杂二氧化钛微纳米材料制备与气敏性能研究[D]. 陈枫.中南大学 2014
[4]Nb掺杂二氧化钛多孔薄膜的制备及氧敏性能的研究[D]. 甘霖慧.华中科技大学 2014
[5]Ag颗粒修饰TiO2薄膜的气敏性能研究[D]. 尚飞鹏.湖北大学 2013
[6]S/N共掺杂TiO2纳米管阵列制备及其性能研究[D]. 柯成.合肥工业大学 2012
[7]Cu2O修饰TiO2纳米管的制备及其性能研究[D]. 田慧.合肥工业大学 2012
[8]二氧化钛纳米带及其表面异质结构的制备与气敏性能研究[D]. 胡培广.山东大学 2011
[9]纳米级多孔二氧化钛空心球的制备及其性能研究[D]. 杨刚.北京化工大学 2010
[10]TiO2纳米管阵列和纳米线的制备及其性能研究[D]. 张艳艳.吉林大学 2009
本文编号：3511589
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