金属氧化物半导体化学传感器检测环境有毒气体
发布时间：2022-01-03 07:43
近年来随着便携式电子产品飞速发展和环境污染日趋严重,迫切需要开发一种室温、柔性导电膜基的气敏材料,提供一种低能耗,低操作温度,能高灵敏在线监测环境有害气体的便携、灵巧的气体传感器。半导体金属氧化物是当前应用最广的化学传感器气敏材料。基于纳米金属氧化物掺杂其他金属元素或与导电高聚物复合,合成新型气敏材料,既能够克服单种材料的缺陷,发挥它们互补和协同的传感性能,又能够提供具有上述特点的气体传感器。本文主要选取ZnSnO3、MoO3和WO3三种金属氧化物,以及高分子聚物PANI,并检测其对甲醛、CO和三乙胺三种有害气体的气敏性能,探讨纳米复合材料的形态、活性表面、尺寸和比表面积对传感性能的影响。基于简易化学沉淀法,在室温下通过自组装和热处理,制备了具有大比表面积Pd掺杂的ZnSnO3微球。采用一系列的表征方法表征了产品的结构和形貌,同时,研究了 ZnSnO3微球对甲醛的传感性能,并探讨了传感机理。实验结果表明,在ZnSnO3微球中掺杂Pd后,ZnSnO3对甲醛的传感性能显著提高,特别是Pd的掺杂比例为4 wt%时。在103 ℃的运行温度下,浓度范围从0.1 ppm到10 ppm对甲醛均有线性...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１制备ＺｎＳｎ（ＯＨ）６微球示意图??Ｆｉｇ．?２－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｐｒｅｐａｒｉｎｇ?ＺｎＳｎ（ＯＨ）６?ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ．??
４％＠ＺｎＳｎ（ＯＨ）６、Ｓｂ４％＠ＺｎＳｎ（ＯＨ）６?和?Ａｇ４％＠ＺｎＳｎ（ＯＨ）６?的?Ｉ（２２０）／Ｉ（２００）比值??分别为０．５１、０．５８、０．５４和０．５５。在对前驱体进行煅烧后，产物转化为ＺｎＳｎ０３??微球，如图２－２（ｂ）所示，产品结晶度较差。??⑷?／?丨、０＞）??／?ｔ?Ａ??＼?人＊Ｌｊ?２０?３０?－４０?５０?￥０?７０?ＳＯ??？?（Ｃ）?————??■３?，?、?概??％?Ｊ?？??＇．．?重???ＱＨｋ??、?ｆ?Ｉ??＇、ｉ４￣?．??．．?１?．??＂＇：＇－ｖ＞ｖ?薄龄?｜??７２Ａ?２２－＆?２２?Ｊ?２３－ｆ?２３?Ｊ?鯰屬??图２－２?ＺｎＳｎ（ＯＨ）６的前驱体（ａ、ｃ）和最终产物（ｂ）的ＸＲＤ谱图??Ｆｉｇ．?２－２?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＺｎＳｎ（ＯＨ）６?ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ?（ａ）?ａｎｄ?（ｃ）；?ｔｈｅ?ｆｉｎａｌ?ｐｒｏｄｕｃｔｓ?（ｂ）．??２．３．２形貌分析??对所得样品进行ＳＥＭ和ＴＥＭ形貌表征，得到如图２－３所示的无掺杂和掺杂??金属ＺｎＳｎ０３微球的形貌和大小。图２－３?（ｄ）所示的微球表面无光泽，晶粒边界清??晰可见，表明ＺｎＳｎ０３微球由大量ＺｎＳｎ０３纳米颗粒组成。图２－３?（ｂ）表明，在热??处理后，产品保持原来的微球形状。由图可以清楚地看出ＺｎＳｎ０３和Ｐｄ－ＺｎＳｎ０３??产品是由单分散微球组成的，而Ａｇ－ＺｎＳｎ〇３和Ｓｂ－ＺｎＳｎ〇３微球具有一定的附着??力
２．３．３生长机理??由于晶体的侧向存在不饱和键，生长单元最容易嵌入生长到一个晶体中，而??这也与周期键链（ＰＢＣ）理论中的的Ｋ面成长机制模式一致。如图２－１，在ＺｎＳ〇４??溶液中滴入氨水（ＮＨ３作为络合剂），形成［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋复合离子，其中Ｚｎ２＋［１６］；??再加入Ｎａ２Ｓｎ０３溶液后，从［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋复合离子中释放Ｚｎ２＋与Ｓｎ〇３２？和Ｈ２０发??生反应形成ＺｎＳｎ（ＯＨ）６纳米颗粒。然而，当将Ｎａ２Ｓｎ０３溶液滴入［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋溶??液时，沉淀并没有迅速出现，因为Ｚｎ２＋从［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋的释放速率远低于Ｚｎ２＋和??Ｓｎ０３２？的反应速率。而在室温条件下，核上的活性位数量不多，抑制了?ＺｎＳｎ（ＯＨ）６??纳米粒子的生长速率和各向异性生长。随着反应时间的延长，ＺｎＳｎ（ＯＨ）６纳米粒??子通过自组装形成了层状微球，使纳米颗粒的表面张力最小中孔是由聚合的??纳米粒子紧密结合形成的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Gas sensing performance of polyaniline/ZnO organic-inorganic hybrids for detecting VOCs at low temperature[J]. Jing Huang1, Taili Yang2, Yanfei Kang2, Yao Wang2, Shurong Wang2 1. Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering, Beijing 100101, China; 2. Department of Chemistry, Nankai University, Tianjin 300071, China. Journal of Natural Gas Chemistry. 2011(05)
[2]Preparation,Characterization and Comparative NH3-sensing Characteristic Studies of PANI/inorganic Oxides Nanocomposite Thin Films[J]. Huiling Tai,Yadong Jiang,Guangzhong Xie and Junsheng Yu State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices,School of Optoelectronic Information,University of Electronic Science and Technology of China (UESTC),Chengdu 610054,China. Journal of Materials Science & Technology. 2010(07)
本文编号：3565878
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１制备ＺｎＳｎ（ＯＨ）６微球示意图??Ｆｉｇ．?２－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｐｒｅｐａｒｉｎｇ?ＺｎＳｎ（ＯＨ）６?ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ．??
４％＠ＺｎＳｎ（ＯＨ）６、Ｓｂ４％＠ＺｎＳｎ（ＯＨ）６?和?Ａｇ４％＠ＺｎＳｎ（ＯＨ）６?的?Ｉ（２２０）／Ｉ（２００）比值??分别为０．５１、０．５８、０．５４和０．５５。在对前驱体进行煅烧后，产物转化为ＺｎＳｎ０３??微球，如图２－２（ｂ）所示，产品结晶度较差。??⑷?／?丨、０＞）??／?ｔ?Ａ??＼?人＊Ｌｊ?２０?３０?－４０?５０?￥０?７０?ＳＯ??？?（Ｃ）?————??■３?，?、?概??％?Ｊ?？??＇．．?重???ＱＨｋ??、?ｆ?Ｉ??＇、ｉ４￣?．??．．?１?．??＂＇：＇－ｖ＞ｖ?薄龄?｜??７２Ａ?２２－＆?２２?Ｊ?２３－ｆ?２３?Ｊ?鯰屬??图２－２?ＺｎＳｎ（ＯＨ）６的前驱体（ａ、ｃ）和最终产物（ｂ）的ＸＲＤ谱图??Ｆｉｇ．?２－２?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＺｎＳｎ（ＯＨ）６?ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ?（ａ）?ａｎｄ?（ｃ）；?ｔｈｅ?ｆｉｎａｌ?ｐｒｏｄｕｃｔｓ?（ｂ）．??２．３．２形貌分析??对所得样品进行ＳＥＭ和ＴＥＭ形貌表征，得到如图２－３所示的无掺杂和掺杂??金属ＺｎＳｎ０３微球的形貌和大小。图２－３?（ｄ）所示的微球表面无光泽，晶粒边界清??晰可见，表明ＺｎＳｎ０３微球由大量ＺｎＳｎ０３纳米颗粒组成。图２－３?（ｂ）表明，在热??处理后，产品保持原来的微球形状。由图可以清楚地看出ＺｎＳｎ０３和Ｐｄ－ＺｎＳｎ０３??产品是由单分散微球组成的，而Ａｇ－ＺｎＳｎ〇３和Ｓｂ－ＺｎＳｎ〇３微球具有一定的附着??力
２．３．３生长机理??由于晶体的侧向存在不饱和键，生长单元最容易嵌入生长到一个晶体中，而??这也与周期键链（ＰＢＣ）理论中的的Ｋ面成长机制模式一致。如图２－１，在ＺｎＳ〇４??溶液中滴入氨水（ＮＨ３作为络合剂），形成［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋复合离子，其中Ｚｎ２＋［１６］；??再加入Ｎａ２Ｓｎ０３溶液后，从［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋复合离子中释放Ｚｎ２＋与Ｓｎ〇３２？和Ｈ２０发??生反应形成ＺｎＳｎ（ＯＨ）６纳米颗粒。然而，当将Ｎａ２Ｓｎ０３溶液滴入［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋溶??液时，沉淀并没有迅速出现，因为Ｚｎ２＋从［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋的释放速率远低于Ｚｎ２＋和??Ｓｎ０３２？的反应速率。而在室温条件下，核上的活性位数量不多，抑制了?ＺｎＳｎ（ＯＨ）６??纳米粒子的生长速率和各向异性生长。随着反应时间的延长，ＺｎＳｎ（ＯＨ）６纳米粒??子通过自组装形成了层状微球，使纳米颗粒的表面张力最小中孔是由聚合的??纳米粒子紧密结合形成的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Gas sensing performance of polyaniline/ZnO organic-inorganic hybrids for detecting VOCs at low temperature[J]. Jing Huang1, Taili Yang2, Yanfei Kang2, Yao Wang2, Shurong Wang2 1. Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering, Beijing 100101, China; 2. Department of Chemistry, Nankai University, Tianjin 300071, China. Journal of Natural Gas Chemistry. 2011(05)
[2]Preparation,Characterization and Comparative NH3-sensing Characteristic Studies of PANI/inorganic Oxides Nanocomposite Thin Films[J]. Huiling Tai,Yadong Jiang,Guangzhong Xie and Junsheng Yu State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices,School of Optoelectronic Information,University of Electronic Science and Technology of China (UESTC),Chengdu 610054,China. Journal of Materials Science & Technology. 2010(07)
本文编号：3565878
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