纳米氧化铜材料的制备及其气敏特性研究

发布时间：2020-10-16 14:59

　　 气敏传感器作为检测气体浓度、种类的重要器件,在如今社会变得不可或缺。CuO作为对于C_2H_5OH、NH_3、H_2、CH_3COCH_3、NO_2和H_2S等多种气体都敏感的材料,被广泛研究。本论文采用水热法制备出3维(3D)片花状CuO样品和海胆状CuO样品,且对于每个样品的结构、形貌进行表征以探究样品的关于NO_2气体的气敏特性,分析了灵敏度出现差异的主要原因。在此前提下,为了进一步改良CuO样品的气敏特性,如改善样品稳定性差、响应/恢复时间较长等问题,在制备过程中加入不同剂量的表面活性剂CTAB、PVP、PEG,分析表面活性剂对于CuO材料的结构、形貌与气敏性能的影响。主要结论如下:1)以CuCl_2为铜源,采用水热法,通过改变水热温度、Cu~(2+):OH~-制备了3D片花状CuO样品,对制备得到的CuO样品进行结构、形貌的表征,并制备成基于不同样品的气敏传感元件,在100℃工作温度下,测量了NO_2气体浓度为2ppm-20ppm时气体敏感度,当NO_2气体浓度为2ppm时,不同样品对应的气敏传感器的响应/恢复时间。结果表明:在水热优化工艺参数(Cu~(2+)浓度:0.05mol/L,NaOH浓度:0.02mol/L,[Cu~(2+)]:[OH~-]=5:26,水热温度:140℃,反应时间:10h)下,所制备的CuO样品在NO_2气体浓度为20ppm时,灵敏度达到了50%。关于2ppm的NO_2响应时间为18s,恢复时间为21s。2)在得到的水热优化工艺的基础上,加入了不同剂量表面活性剂CTAB、PVP、PEG,得到结构、尺寸、形貌各异的3D片花状CuO样品。通过XRD分析其物相组成,并用SEM分析样品的形貌,最后利用该组样品作为敏感材料,制成了CuO半导体气敏传感器。通过分析气敏测试结果,发现不同剂量、不同种类的表面活性剂对于CuO结构和形貌影响很大,并且随着表面活性剂的加入,大大缩短了CuO材料的响应/恢复时间,材料电阻值更加稳定。3)以Cu(NO_3)_2为铜源,通过改变水热温度制备了海胆状CuO样品,对制备得到的CuO样品进行了形貌的表征,并制备成了基于不同样品的气敏传感元件,测量并绘制了该传感器的灵敏度曲线以及恢复响应曲线。分析测试结果发现:在水热优化工艺参数(水热Cu~(2+)浓度:0.04mol/L,水热NaHCO_3浓度:0.08mol/L,水热温度:60℃,反应时间:4h,退火温度:400℃,退火时间:90min)下,制备的CuO样品在NO_2气体浓度为2ppm时,响应/恢复时间非常短。在优化工艺的基础上,在制备时加入了不同剂量表面活性剂PEG,会将海胆状CuO结构表面的薄片分散成细刺簇,随着加入PEG剂量的增大,细刺密度增加。测量样品气敏特性发现:当NO_2气体浓度为20ppm时,加入0.75g表面活性剂PEG制备得到的31#样品的灵敏度高达66%,并且NO_2浓度为2ppm时,每个样品的响应/恢复时间都很短。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP212;TB383.1;TQ131.21
【部分图文】：

图 2-4 NO2气体与 CuO 反应模型图测试方法貌表征 100A~0.01A 的电磁辐射，常用的波长为 2.50量级相同。因此，可以将晶体作为 X 射线天格点阵时，就会发生衍射现象，获得晶体的点现如今，主要用 X 射线进行定性、定量分析物分析[103]。本实验所使用的 XRD 设备为日本岛

西北大学硕士学位论文测试测试是在一个自组装的气敏测试系统中对所制备的 CuO 纳主要由气体控制系统、外部电源电路、数据采集系统三个统控制待测气体的浓度。外加电源为数控式线性直流稳压一个通路提供外加偏压 3.3V，此时，气敏元件与负载电阻靠恒流源来对气敏元件进行加热，以满足气敏元件的工作负载电阻上的电压值，由于负载电阻是恒定的，通过欧姆路中的电流值，从而可以得到待测气敏元件的电阻值随气

第二章 实验材料以及样品表征方法V 直流电压，X-Valve2、X-Valve3 不加电压时，传感器1 不加电压，X-Valve2、X-Valve3 加 12V 直流电压时，3 配置成所需浓度的待测气体，以此达到精确的配气效的方法可以很好的避免在仅使用单个电磁阀在 a 路或塞，从而在其通气后会造成瞬间的流量变化，导致测故三个 X-Valve 的连接方式由于增加了两个排气口可以个 MFC 可由自带的数据接口通过数据线与 MFC 显示直接由计算机进行编程控制。三个 X-Valve 可以通过简关，从而达到所需的效果。由此，实现了单种气体的
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 胡庆芳;;纳米材料简介[J];科学咨询(决策管理);2009年01期

2 范歆,方云;双亲油基─双亲水基型表面活性剂[J];日用化学工业;2000年03期

本文编号：2843409