基于电化学沉积的氧化锌/聚苯胺湿敏传感器工艺和性能研究

发布时间：2023-02-27 09:13

　　湿度传感材料被广泛应用于航空航天、工业农业生产,以及人们的日常生活当中。氧化锌作为一种常用的湿敏材料,具有结晶性较好、易合成等优点,然而传统的氧化锌材料灵敏度较低、环境稳定性不佳,在湿度传感材料的应用上受到了较大制约。基于此,利用电化学沉积的方式,将具有良好导电性和环境稳定性的聚苯胺与氧化锌复合,制备出一种氧化锌/聚苯胺湿敏薄膜,并对这种传感器的性能进行了研究。主要工作如下:基于扩散限制凝聚模型和分形理论,针对电化学沉积聚苯胺的工艺过程,对标准DLA(Diffusion-Limited Aggregation)模型进行修改,进行电沉积聚苯胺的过程模拟,得到了形貌不同的聚苯胺的电沉积参数。模拟结果表明电流密度对模拟形成的聚苯胺形貌影响较大。低电流密度下聚苯胺的生长情况较为分散,具有较多的分支;高电流密度下聚苯胺的生长情况较为致密,部分聚苯胺团聚在一起形成了块状形貌。结合模拟结果提出了阶段性电沉积聚苯胺的方法,为之后的工艺研究提供了理论依据。基于法拉第定律,采用阶段性电沉积工艺对电沉积得到的聚苯胺形貌进行优化。通过改变电沉积过程中的电量大小、电镀时间和电流密度,对聚苯胺的形貌进行控制,最终...

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 传感器
    1.2 湿敏传感器概述
    1.3 导电聚苯胺研究应用现状
        1.3.1 聚苯胺的结构
        1.3.2 聚苯胺材料的合成方法
        1.3.3 湿敏传感器用聚苯胺材料研究进展
    1.4 氧化锌材料概述
        1.4.1 氧化锌材料的研究现状
        1.4.2 氧化锌材料的合成方式
    1.5 本论文研究意义及主要内容
        1.5.1 研究意义
        1.5.2 研究内容
2 基于分形理论的聚苯胺电沉积模拟
    2.1 分形动力学生长模型和模拟平台的选择
        2.1.1 电沉积聚苯胺模拟模型的选择
        2.1.2 电沉积聚苯胺模拟平台的选择
    2.2 基于DLA模型的电沉积聚苯胺生长模拟条件设置
        2.2.1 聚苯胺粒子的移动范围
        2.2.2 聚苯胺粒子的偏转角度
        2.2.3 聚苯胺粒子的结合方式
    2.3 电沉积聚苯胺粒子分形维数
    2.4 电流密度对电沉积聚苯胺的影响
        2.4.1 基于电沉积过程的DLA模型的建立
        2.4.2 电沉积聚苯胺的模拟结果
    2.5 电沉积聚苯胺薄膜的阶段生长模拟
        2.5.1 阶段性电沉积模拟参数
        2.5.2 阶段性电沉积模拟结果及分析
    2.6 本章小结
3 氧化锌/聚苯胺复合湿敏材料的电化学制备工艺研究
    3.1 氧化锌/聚苯胺的电沉积制备流程
    3.2 电沉积制备聚苯胺薄膜工艺研究
        3.2.1 实验参数
        3.2.2 三阶段法制备聚苯胺薄膜的结构形貌分析
        3.2.3 三阶段法制备聚苯胺薄膜的电化学分析
    3.3 电沉积制备氧化锌/聚苯胺复合湿敏薄膜工艺研究
        3.3.1 三阶段法制备氧化锌/聚苯胺复合湿敏薄膜的结构形貌分析
        3.3.2 三阶段法制备氧化锌/聚苯胺复合湿敏材料的电化学分析
    3.4 电沉积氧化锌过程对聚苯胺薄膜的影响
        3.4.1 电沉积氧化锌过程对聚苯胺薄膜形貌影响
        3.4.2 电沉积氧化锌过程对聚苯胺薄膜电化学性能的影响
    3.5 本章小结
4 氧化锌/聚苯胺薄膜湿敏传感材料的性能研究
    4.1 氧化锌/聚苯胺湿敏传感材料的湿敏性能分析
        4.1.1 湿敏响应分析
        4.1.2 响应恢复时间和灵敏度分析
    4.2 基于第一性原理的氧化锌/聚苯胺复合薄膜吸附性能模拟
        4.2.1 氧化锌吸附水分子过程的第一性原理模拟
        4.2.2 氧化锌吸附水分子过程的态密度分析
    4.3 氧化锌/聚苯胺湿敏材料传感机理初探
        4.3.1 氧化锌湿敏传感机理分析
        4.3.2 氧化锌/聚苯胺复合薄膜湿敏机理分析
    4.4 本章小结
5 结论
致谢
参考文献
附录



本文编号：3751070