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锡氧化物分级微纳米结构材料的制备及其气敏特性的研究

发布时间:2018-03-10 08:14

  本文选题:锡氧化物 切入点:水热法 出处:《吉林大学》2017年博士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:目前,高性能气体传感器越来越成为环境检测、疾病诊断的必备器材。锡氧化物凭借其成本低廉、功能广泛一直是高性能气体传感器研究领域的热点。本论文以研究锡氧化物分级微纳米结构材料的制备及其气敏特性为目标,主要利用水热法制备出几种独具形貌的锡氧化物半导体微纳米结构材料,根据Gibbs-Wulff晶体生长定律和吸附脱附模型分别提出了相应的生长机制和气敏机理;通过结构优化和组分优化研究了样品形貌对气敏响应值的具体影响。主要内容如下:1.研究了SnO_2类水母分级微纳米结构材料的制备及其气敏特性。应用水热法,探讨PVP和CTAB加入比例、生长温度和生长时间等不同生长条件对样品几何参数的结构优化,并在最优条件下获得了SnO_2类水母分级微纳米结构样品。根据Gibbs-Wulff晶体生长定律,提出了类软模板晶向生长机制。在丙酮气体中该结构材料传感器表现出的良好气敏性能:较低的最佳工作温度(240℃);在100ppm丙酮气体中响应值可达30;在10 ppm时,其响应和恢复时间较快分别为2s和23 s。本文应用具有几何参数优势的吸附和脱附模型解释了其气敏传感机理。2.研究了SnO_2类雪松分级微纳米结构材料的制备和气敏特性。应用水热法,探讨了调控生长和退火条件对样品构型结构优化的作用,并在最优条件下获得了SnO_2类雪松分级微纳米结构样品。根据Gibbs-Wulff晶体生长定律,提出晶向择优生长机制。该结构材料传感器在甲醛气体中表现出了快捷的气敏响应;较低的最佳工作温度(200℃);在100 ppm甲醛气体中响应值可达13.3,响应和恢复时间分别为小于1 s和13 s。本文应用具有构型优势的吸附和脱附模型来解释其气敏传感机理。3.研究了薄片状SnO_2纳米结构材料的制备及其气敏特性。应用水热法,通过改变晶面表面能,控制生长时间,探讨了调控样品晶粒尺寸对样品结构优化的作用,并在最优条件下获得了薄片状SnO_2纳米结构材料样品。根据Gibbs-Wulff晶体生长定律,结合成核控制机理,提出了调整表面能的单晶生长机制。该结构材料传感器在甲醛气体中也表现出了快速的气敏响应特性;具有较低的最佳工作温度(240℃);在100 ppm甲醛气体中的响应值可达7,响应和恢复时间分别为小于1 s和6 s。本文应用具有晶粒尺寸优势的吸附和脱附模型来解释其气敏传感机理。4.研究了p-N异质结SnO-SnO_2分级微纳米结构材料的制备及其常温气敏特性。应用水热法,探讨了调控退火氧化温度对样品组分优化的作用,并获得了p-N异质结SnO-SnO_2分级微纳米结构材料样品。根据Gibbs-Wulff晶体生长定律,结合多核层和扩散控制生长机理,提出粒子浓度涨落、择优晶面生长、氧化成形的生长机制;确定了异质结的价态构成和异质界面。测定并对比了所有样品传感器的灵敏度。其中500℃退火后的样品,在常温常压下,在200 ppb NO2气体中的响应值可达2.5,响应和恢复时间分别为小于57 s和5 min。该结构材料传感器对NO2气体呈现出相对良好的气敏性能和湿敏稳定性。本文提出了异质界面、氧空位和吸附脱附多种模型来解释其气敏传感机理。
[Abstract]:At present, high performance gas sensor has become more and more environmental testing, necessary equipment for disease diagnosis. Tin oxide with its low cost, wide range of functions has been a hot research field of high performance gas sensor. This thesis studies the classification of tin oxide micro nano structure materials and gas sensing properties of preparation for the target, mainly by hydrothermal method preparation of tin oxide semiconductor several unique morphologies of micro nano structure materials, according to the growth mechanism of the gas sensing mechanism and brings forward Gibbs-Wulff crystal growth law and adsorption desorption model; through the structure optimization and optimization of component of the specific impact value of the sample topography response of the gas sensors. The main contents are as follows: 1. the study of the SnO_2 class jellyfish classification of micro nano structure materials preparation and gas sensing properties. Application of hydrothermal method on PVP and CTAB join ratio, growth temperature and growth time etc. The same growth conditions on the structure optimization of the geometric parameters of the samples, and obtained the SnO_2 classification of micro nano structure samples jellyfish under optimal conditions. Based on the Gibbs-Wulff crystal growth law, put forward the soft template to the crystal growth mechanism. Good gas sensing properties of the structure material of the sensor shown in acetone in the gas: the best low working temperature the (240 DEG C); the response value of up to 30 100ppm in acetone; at 10 ppm, the adsorption of faster response and recovery time were 2S and 23 S. in this paper has the advantage of geometric parameters and the desorption model explains the gas sensing mechanism of.2. on the SnO_2 class cedar grade micro nano structure materials preparation and gas sensing properties. Application of hydrothermal method, discusses the growth and annealing conditions to control the sample configuration structure optimization, and obtained the SnO_2 classification of micro nano structure in Cedar samples under the optimum conditions. According to the G Ibbs-Wulff crystal growth law, put forward to the crystal preferential growth mechanism. The structure of the material sensor in the formaldehyde gas showed quick response of gas; best working low temperature (200 DEG C); the response value of up to 13.3 in 100 ppm formaldehyde gas, response and recovery time are less than 1 and 13 s adsorption this paper has the advantages of S. application configuration and desorption model to explain the gas sensing mechanism of.3. on SnO_2 flake nanostructured materials preparation and gas sensing properties. Application of hydrothermal method, by changing the crystal surface energy, control the growth time, discusses the regulation of grain size of sample structure optimization effect and get a sheet shaped SnO_2 nanostructure materials under optimal conditions. According to the Gibbs-Wulff law of crystal growth, combined with the nucleation control mechanism, proposed single crystal growth mechanism can adjust the surface structure of the sensor material. The formaldehyde gas also showed the gas sensitive fast response characteristics; with the best working temperature is low (240 DEG C); in response to 100 ppm of formaldehyde gas in adsorption value can reach 7, the response and recovery time with grain size advantage were less than 1 s and 6 s. in this paper and the desorption model the gas sensing mechanism of.4. p-N heterojunction SnO-SnO_2 grade micro nano structure materials preparation and gas sensitive properties. The application of hydrothermal method, discusses the optimization of annealing temperature of oxidation control sample function, and obtained the p-N heterojunction SnO-SnO_2 grade micro nano structure materials based on Gibbs-Wulff crystal samples. The growth law, combined with the growth mechanism of multi core layer and diffusion, a new particle concentration fluctuation, preferred crystal growth, the growth mechanism of oxide forming; the heterojunction valence structure and heterogeneous interface. Determination and compares all The sensitivity of sensor samples. The samples annealed at 500 C after which, under the normal temperature, the response at 200 ppb in NO2 gas is 2.5 and the value of the response and recovery time were less than 57 s and 5 min. The structure of NO2 gas sensor material showed good gas sensing properties of relative humidity and stability is proposed. The interface, the oxygen vacancy and the adsorption desorption of various models to explain the gas sensing mechanism.

【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB383.1

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1 耿,

本文编号:1592486


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