基于脱脂棉模板合成氧化锌基微管及其气敏性能研究

发布时间：2020-07-15 06:23

【摘要】：近年来,ZnO基ppb级H_2S气体传感器已经取得较好研究进展,但目前所报道的氧化锌基敏感材料还存在着如工作温度偏高、响应恢复时间慢以及检测限还有待提高等一些缺点,这会阻碍其作为ppb级H_2S检测的实际应用,同时目前报道的介孔ZnO基中空多级孔结构的精细合成方法在实际生产中是非常困难和复杂的,并且产出率较低。因此,本论文采用脱脂棉为生物模板,通过室温金属盐浸渍和空气煅烧制备出多级孔ZnO微管、NiO/ZnO和CuO/ZnO异质结构微管,利用IR、TG、XRD、EDS、SEM、TEM、XPS、BET等先进技术,对所制备的多级孔ZnO基微管进行了详细的组成、显微结构等表征,探讨了烧结温度和掺杂量对ZnO基微管微管形貌和气敏性能的影响,同时对H_2S敏感机理进行了深入分析。气敏实验结果表明,本论文所合成的ZnO基多级结构敏感材料均实现对ppb级H_2S气体检测,尤其是0.9 at%NiO/ZnO异质结构微管在133°C的检测限为1 ppb,这是目前ZnO基H_2S传感器中所报道的最低检测限;3.67 at%CuO/ZnO-600传感器在170°C对ppb级H_2S表现出快速的响应和恢复特性,50 ppb H_2S的响应(恢复)时间为35(29)s,这是目前ZnO基ppb级H_2S传感器中响应恢复最快的。因此,该多级孔3.67 at%CuO/ZnO-600异质结构微管可作为实用ppb级H_2S气体传感器的候选敏感材料,并且本论文采用的简单生物模板制备方法还可应用到合成其它多级孔异质结构金属氧化物敏感材料中。
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;TB381
【图文】：

气敏性能,图片,气敏性,复合材料

nO-BP 复合材料的 SEM 图片（a）；TEM 图片（b）及对 NO2的气敏性M (a) and TEM (b) image of ZnO-BP and their gas sensing properties towar 年，Zhang 等人[11]以 Zn(NO3)2·6H2O、柠檬酸钠和 NaOH 为原的加入量，采用水热法合成出 ZnO 纳米粒子和 ZnO 纳米花。看出，ZnO 纳米花明显比其纳米粒子表现出更加优异的气敏性

传感器,纳米粒子,灵敏度,气体

子（a）和 ZnO 纳米花传感器在 250 °C 时对 NH3的气体响的响应（c）；两种传感器对 NH3的灵敏度（d）nse of (a) ZnO particle and (b) ZnO nanoflower sensor towthe ZnO nanoflower and nanoparticle to 50 ppm NH3(c); Sesensors to NH3(d).究表明中空多级孔结构敏感材料在低能耗下可以响应恢复速度。这是因为半导体金属氧化物气体与材料表面的电离氧的相互作用导致电阻的降低结构更有利于目标气体通过大量通道在内外传感积能够提高材料的表面气固反应活性位，从而进。然而，目前介孔 ZnO 基中空多级结构的精细合控溅射[6]、水热溶剂热[7]等在实际生产中难于控制成方法简单且在低能耗下实现对 ppb 级 H2S 气体将是一项具有实际意义和挑战性的工作。

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图 1-4 ZnO 纳米线的 SEM 图（a）；对 H2S 气体的传感实验结果（b）Fig. 1-4 SEM image of ZnO nanowire (a); Sensing experimental results of the ZnO NW sensor (b)2017 年，Chen 等人[40]在微热板的传感区域上原位生长了一种新颖的直径为20 nm 的枝状纳米多级结构（图 1-5），气敏性能测试结果表明，20 nm ZnO 纳米

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