静电纺丝法制备ZnO基p-n异质结复合材料及其气敏性能研究
发布时间：2021-11-04 00:08
静电纺丝法可制备具有丰富的气体吸附位点的网状结构材料,可用作气体传感材料。本文采用静电纺丝法制备ZnO纳米纤维,通过单因素实验获得了制备前驱体纤维的最佳工艺参数,并探究经不同煅烧温度煅烧对其气敏性能的影响。在此基础上,采用p型金属氧化物（NiO和Co3O4）分别与ZnO进行掺杂改性,制备了具有p-n异质结构的NiO-ZnO和Co3O4-ZnO纳米纤维,从而提高材料的灵敏度、改善选择性和稳定性,为新型气体传感材料的开发提供新的思路。研究具体工作如下:1、以乙醇和N,N二甲基甲酰胺为溶剂,Zn（AC）2·2H2O和聚乙烯吡咯烷酮为原料,采用静电纺丝技术制备ZnO前驱体,探究纺丝工艺参数对纤维形貌结构的影响,通过优化煅烧温度获得了网状结构ZnO纳米纤维,对不同煅烧温度获得的样品进行气敏性能测试并探讨其气体传感机理。结果表明,静电纺丝法在PVP含量为13 wt.%、高压装置施加的电压为16 k V、纺丝接收距离为16 cm时可获得纤维网状结构的前驱体。在煅烧温度为...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZnO晶体结构[37]
广西大学学位论文静电纺丝法制备ZnO基p-n异质结复合材料及其气敏性能研究13表2-2实验仪器及型号Table2-2Experimentalinstrumentsandmodel仪器名称型号生产厂家静电纺丝机E02-001型佛山轻子精密测控技术有限公司DGL-III配气系统CGS-MT气敏元件测试系统分析天平集热式恒温加热磁力搅拌器马弗炉电热恒温鼓风干燥箱真空干燥箱-JA2003NDF-101SAZ2000DHG-9073ADZF-6050北京艾利特有限公司北京艾利特有限公司上海精密科学仪器有限公司巩义市予华仪器有限责任公司洛阳市威达高温仪器有限公司上海精宏实验设备有限公司上海精宏实验设备有限公司2.2.2ZnO纳米纤维的制备(1)前驱体溶液的制备将1.0000g二水合乙酸锌加入到10mlDMF和10ml乙醇的混合溶液中，搅拌至无色透明后加入1.6000g聚乙烯吡咯烷酮。混合溶液搅拌8h后静置1h，去除溶液中的小气泡，获得前驱体溶液。(2)静电纺丝过程图2-1静电纺丝装置示意图Fig.2-1Schematicdiagramofelectrospinning将配置好的前驱体溶液转移到静电纺丝机(如图2-1所示)的推进器中的注射器内。将注射器的针头连接高压装置正极，装配有锡箔纸的滚筒接收装置连接高压装置负极，调节针头与接收器之间的纺丝接收距离，设置一定的电压条件下以1ml/h的供给速率进行纺丝。滚筒装置的产物每隔3h收集一次，并将锡箔纸上产物置于80℃真空干燥箱中
广西大学学位论文静电纺丝法制备ZnO基p-n异质结复合材料及其气敏性能研究15图2-2DGL-III配气系统和CGS-MT智能分析系统Fig.2-2DGL-IIIdistributionsystemandCGS-MTintelligentanalysissystem当被测气体为还原性气体时，样品的灵敏度S定义为S=Ra/Rg，Ra和Rg分别为样品在空气和待测气体中的电阻值，响应时间tres为从接触待测气体开始，到传感元件在待测气体中的电阻值变化大其90%稳定阻值之间的所需时间，恢复时间trec为从气敏元件离开待测气体开始，电阻值在空气中变化回90%初始电阻的所需时间[75]。本实验测试过程中，设定气敏元件的工作温度范围为200℃到350℃，相对湿度为40%。2.3结果与讨论2.3.1ZnO前驱体工艺条件筛选静电纺丝是一个静电雾化的制备过程，受诸多因素影响。前驱体溶液性质与纺丝工艺参数(纺丝接收距离和纺丝电压)是制备ZnO形貌结构的关键。前驱体溶液性质包括溶液粘度、浓度性质导电性，而这些特性受聚合物PVP的含量影响。因此，文中考察了PVP的含量、接收距离和纺丝电压三个工艺参数对ZnO形貌结构的影响。(1)PVP的含量对ZnO前驱体形貌结构的影响实验以1.0000gZn(AC)2分别与不同质量的PVP混合，考察不同PVP含量的前驱体溶液(7、10、13、16和20wt.%)在纺丝电压为16kV纺丝接收距离为16cm条件下所获得的产品形貌。实验现象如表2-3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]气敏传感器的研究进展[J]. 白曦龙,朱建梁,李隆俊. 计算机产品与流通. 2020(01)
[2]传感器原理及其在测试中的应用[J]. 张鹏涛. 通信电源技术. 2019(10)
[3]高效液相色谱仪——二级管阵列测器-柱前衍生法测定水产品中甲醛[J]. 王志强. 预防医学情报杂志. 2018(12)
[4]接触燃烧式气敏传感器的研制[J]. 宋晓辉,海中天. 计量技术. 2007(08)
[5]传感器与传感器技术[J]. 杨亲民. 电气时代. 2000(08)
[6]汽车尾气和大气中C1～C4烃类分析方法研究[J]. 李芸,陈涑沧,王雅芬. 上海环境科学. 1996(01)
博士论文
[1]氧化锌异质结纳米材料制备及传感器特性研究[D]. 田海林.西北工业大学 2017
硕士论文
[1]SnO2纳米纤维的制备及气敏特性研究[D]. 宁玲玲.郑州大学 2011
本文编号：3474604
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZnO晶体结构[37]
广西大学学位论文静电纺丝法制备ZnO基p-n异质结复合材料及其气敏性能研究13表2-2实验仪器及型号Table2-2Experimentalinstrumentsandmodel仪器名称型号生产厂家静电纺丝机E02-001型佛山轻子精密测控技术有限公司DGL-III配气系统CGS-MT气敏元件测试系统分析天平集热式恒温加热磁力搅拌器马弗炉电热恒温鼓风干燥箱真空干燥箱-JA2003NDF-101SAZ2000DHG-9073ADZF-6050北京艾利特有限公司北京艾利特有限公司上海精密科学仪器有限公司巩义市予华仪器有限责任公司洛阳市威达高温仪器有限公司上海精宏实验设备有限公司上海精宏实验设备有限公司2.2.2ZnO纳米纤维的制备(1)前驱体溶液的制备将1.0000g二水合乙酸锌加入到10mlDMF和10ml乙醇的混合溶液中，搅拌至无色透明后加入1.6000g聚乙烯吡咯烷酮。混合溶液搅拌8h后静置1h，去除溶液中的小气泡，获得前驱体溶液。(2)静电纺丝过程图2-1静电纺丝装置示意图Fig.2-1Schematicdiagramofelectrospinning将配置好的前驱体溶液转移到静电纺丝机(如图2-1所示)的推进器中的注射器内。将注射器的针头连接高压装置正极，装配有锡箔纸的滚筒接收装置连接高压装置负极，调节针头与接收器之间的纺丝接收距离，设置一定的电压条件下以1ml/h的供给速率进行纺丝。滚筒装置的产物每隔3h收集一次，并将锡箔纸上产物置于80℃真空干燥箱中
广西大学学位论文静电纺丝法制备ZnO基p-n异质结复合材料及其气敏性能研究15图2-2DGL-III配气系统和CGS-MT智能分析系统Fig.2-2DGL-IIIdistributionsystemandCGS-MTintelligentanalysissystem当被测气体为还原性气体时，样品的灵敏度S定义为S=Ra/Rg，Ra和Rg分别为样品在空气和待测气体中的电阻值，响应时间tres为从接触待测气体开始，到传感元件在待测气体中的电阻值变化大其90%稳定阻值之间的所需时间，恢复时间trec为从气敏元件离开待测气体开始，电阻值在空气中变化回90%初始电阻的所需时间[75]。本实验测试过程中，设定气敏元件的工作温度范围为200℃到350℃，相对湿度为40%。2.3结果与讨论2.3.1ZnO前驱体工艺条件筛选静电纺丝是一个静电雾化的制备过程，受诸多因素影响。前驱体溶液性质与纺丝工艺参数(纺丝接收距离和纺丝电压)是制备ZnO形貌结构的关键。前驱体溶液性质包括溶液粘度、浓度性质导电性，而这些特性受聚合物PVP的含量影响。因此，文中考察了PVP的含量、接收距离和纺丝电压三个工艺参数对ZnO形貌结构的影响。(1)PVP的含量对ZnO前驱体形貌结构的影响实验以1.0000gZn(AC)2分别与不同质量的PVP混合，考察不同PVP含量的前驱体溶液(7、10、13、16和20wt.%)在纺丝电压为16kV纺丝接收距离为16cm条件下所获得的产品形貌。实验现象如表2-3所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]气敏传感器的研究进展[J]. 白曦龙,朱建梁,李隆俊. 计算机产品与流通. 2020(01)
[2]传感器原理及其在测试中的应用[J]. 张鹏涛. 通信电源技术. 2019(10)
[3]高效液相色谱仪——二级管阵列测器-柱前衍生法测定水产品中甲醛[J]. 王志强. 预防医学情报杂志. 2018(12)
[4]接触燃烧式气敏传感器的研制[J]. 宋晓辉,海中天. 计量技术. 2007(08)
[5]传感器与传感器技术[J]. 杨亲民. 电气时代. 2000(08)
[6]汽车尾气和大气中C1～C4烃类分析方法研究[J]. 李芸,陈涑沧,王雅芬. 上海环境科学. 1996(01)
博士论文
[1]氧化锌异质结纳米材料制备及传感器特性研究[D]. 田海林.西北工业大学 2017
硕士论文
[1]SnO2纳米纤维的制备及气敏特性研究[D]. 宁玲玲.郑州大学 2011
本文编号：3474604
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