铝镓合金和含镓氧化物的制备及其性能的研究

发布时间：2017-09-16 13:16

  本文关键词：铝镓合金和含镓氧化物的制备及其性能的研究

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【摘要】：近年来,随着现代科学技术的发展,低碳经济、绿色能源、环境保护等理念的普及深入,在现代科技中金属镓具有重要的利用价值,它是半导体材料、太阳能材料、磁性材料及氢能材料等领域的主要原料之一,本文主要研究金属镓和含镓复合氧化物分别在产氢合金、半导体气敏材料两方面的应用。为了确定后续熔盐电解铝镓合金的熔盐体系及阴极材料,实验首先在850℃温度下,分子比为1.59的Na3AlF6-Al F3-Al2O3熔盐体系中,以Al3+/Al为参比电极,钨丝、钼丝为工作电极,石墨为辅助电极;运用循环伏安法、计时电位法先研究Al3+在不同阴极材料上的电化学行为。再结合恒电压电解结果以及电解产物的扫描电镜和X射线衍射等表征结果可知:当工作电极为钨或钼时,Al3+的电化学反应过程都是由扩散控制的准可逆过程,扩散系数分别为0.93×10-5 cm2/s和1.28×10-5 cm2/s;但是铝在两种电极上沉积时,都会与两种电极材料发生合金化反应,对电解产物的干扰较大,因此钨钼不适合作为后续熔盐电解铝镓合金的阴极材料。然后在相同的熔盐体系中加入氧化镓,以铁丝为工作电极的三电极体系下,先采用循环伏安法研究Al3+、Ga3+的阴极电化学行为,再进行熔盐电解实验制备铝镓合金。最后研究铝镓合金与水反应的产氢性能。结果表明:通过熔盐电解直接制备产氢铝镓合金的方法是可行的。并且该铝合金在水温为30℃时,能与水快速反应产氢气,产氢速率在5s时达到最高。随着水温增加,合金的产氢量及产氢速率也随着增加,只是当水温高于50℃时,合金的产氢性能随水温变化的趋势逐渐减弱。因此熔盐电解制备产氢铝镓合金的方法不仅工艺简单、反应温度低、能耗小且对环境友好。通过共沉淀法制备CuGa2O4粉体,结合X射线衍射、扫描电镜等表征结果研究其在不同的沉淀剂,沉淀终点pH值及热处理温度等条件下气敏性能的变化。结果表明:不同工作温度下,在氨气、甲醛、三甲胺等七种常见气体中,CuGa2O4样品元件只对三甲胺有较高的灵敏度。而且沉淀剂、热处理温度和沉淀终点pH值等条件的变化,都对CuGa2O4样品元件的气敏性能有较大影响。其中相比于氨水,氢氧化钠作沉淀剂所得CuGa2O4(pH=6,8004℃,4h)样品元件对三甲胺有良好的选择性和较高的灵敏度,灵敏度最高可达310。而以氨水为沉淀剂时,CuGa2O4(pH=7,700℃,4h)样品元件对三甲胺的最高灵敏度仅为51.6。最后采用溶胶凝胶法来制备CuGa2O4粉体。同样也结合X射线衍射、扫描电镜等表征结果研究其在不同气体中和不同热处理温度下气敏性能的变化。结果表明:对于三甲胺、乙醇和乙醛等六种常见气体,CuGa2O4(600℃,4h)气敏元件在工作温度50℃时对三甲胺有最高的灵敏度,为6.7;而且该元件还在工作温度285℃时对丙酮有一定的灵敏度,为2.81。除此之外,热处理温度的高低对CuGa2O4气敏元件的气敏性能也有影响。
【关键词】：熔盐电解 铝镓合金 产氢 CuGa_2O_4 气敏性能
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.7;TB381
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 氢能的发展现状12-14
• 1.1.1 氢能的简介12-13
• 1.1.2 氢气的制备及储存13-14
• 1.2 储氢铝材料的研究14-16
• 1.2.1 金属铝的特点14-15
• 1.2.2 铝表面氧化层的破坏方法15-16
• 1.3 铝镓合金的研究现状16-18
• 1.3.1 金属镓的特点16-17
• 1.3.2 铝镓合金水解反应的研究现状17
• 1.3.3 铝镓合金的制备方法17-18
• 1.4 气体传感器18-21
• 1.4.1 气体传感器分类18-19
• 1.4.2 半导体气体传感器19-20
• 1.4.3 半导体气体传感器气敏机理的研究20-21
• 1.5 半导体气体敏感材料21-24
• 1.5.1 金属复合氧化物气敏材料21-22
• 1.5.2 气敏材料的制备方法22-24
• 1.6 本课题研究意义及内容24-25
• 1.6.1 研究意义24
• 1.6.2 研究内容24-25
• 第二章 低温熔盐中Al3+在钨钼电极上的阴极电化学行为25-35
• 2.1 前言25
• 2.2 实验25-28
• 2.2.1 实验试剂与材料25-26
• 2.2.2 实验主要仪器26
• 2.2.3 实验过程26-28
• 2.3 结果与讨论28-34
• 2.3.1 循环伏安曲线28-31
• 2.3.2 计时电位曲线31-32
• 2.3.3 恒电位电解及电解产物表征32-34
• 2.4 结论34-35
• 第三章 熔盐电解法制备产氢铝镓合金35-43
• 3.1 前言35-36
• 3.2 实验36-37
• 3.2.1 实验试剂及材料36
• 3.2.2 实验主要仪器36
• 3.2.3 实验过程36-37
• 3.3 结果与讨论37-42
• 3.3.1 循环伏安曲线37-38
• 3.3.2 熔盐电解实验38-41
• 3.3.3 铝镓合金产氢实验41-42
• 3.4 结论42-43
• 第四章 共沉淀法制备CuGa_2O_4及其气敏性能研究43-62
• 4.1 前言43-44
• 4.2 实验44-46
• 4.2.1 实验试剂44
• 4.2.2 材料表征仪器44
• 4.2.3 CuGa_2O_4的制备44-45
• 4.2.4 气敏元件的制作45-46
• 4.3 结果与讨论46-61
• 4.3.1 以氢氧化钠为沉淀剂的CuGa_2O_4的材料表征46-51
• 4.3.2 以氢氧化钠为沉淀剂的CuGa_2O_4的气敏性能分析51-54
• 4.3.3 以氨水为沉淀剂的CuGa_2O_4的材料表征54-59
• 4.3.4 以氨水为沉淀剂的CuGa_2O_4的气敏性能分析59-61
• 4.4 结论61-62
• 第五章 溶胶凝胶法制备CuGa_2O_4及其气敏性能研究62-70
• 5.1 前言62
• 5.2 实验62-64
• 5.2.1 实验试剂62-63
• 5.2.2 材料表征仪器63
• 5.2.3 CuGa_2O_4的制备63
• 5.2.4 气敏元件的制作63-64
• 5.3 结果与讨论64-69
• 5.3.1 CuGa_2O_4的材料表征64-67
• 5.3.2 CuGa_2O_4的气敏性能分析67-69
• 5.4 结论69-70
• 全文总结70-72
• 参考文献72-82
• 在校研究成果82-83
• 致谢83

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