金属氧化物半导体共轴纤维及其气体传感性能的研究

发布时间：2017-05-01 06:12

  本文关键词：金属氧化物半导体共轴纤维及其气体传感性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文致力于利用金属氧化物纤维研究开发高性能气体传感器。针对纳米粒子易团聚造成敏感材料表面利用率低的缺点，通过改进传统的静电纺丝方法构建一维中空结构纤维、孔径不同的中空结构纤维来实现增大敏感材料的比表面积，提高其气体敏感特性的目的；利用共轴静电纺丝方法将不同组分的金属氧化物半导体巧妙地结合到一起构建核壳结构异质纳米纤维达到增感的目的；针对p型金属氧化物半导体气敏材料的灵敏度低，选择性差等缺点，通过掺杂不同组分的金属元素对核壳结构NiO微球进行功能改性，实现p型半导体核壳结构NiO微球的高灵敏度及高选择性的气敏特性。在上述基础上，研究了五种高性能气体传感器，对其敏感材料的形成过程以及敏感特性提高的内在原因进行分析，得到如下主要成果： 1.利用共轴静电纺丝方法合成了中空结构SnO2纤维，解决了大量纳米颗粒堆积造成的敏感材料表面利用率降低的问题，增加了纤维结构的比表面积。对比研究了中空结构SnO2纤维与实心结构SnO2纤维的气敏性能，结果显示中空结构SnO2纤维对乙醇气体的敏感特性明显优于实心结构SnO2纤维。 2.利用共轴静电纺丝方法合成了孔径不同(~100nm，~500nm和~1μm)的中空结构In2O3纤维。深入研究孔径不同的中空结构In2O3纤维对气体传感器的增感作用，增加了待测气体分子在敏感材料表面的吸附量，，使敏感元件的灵敏度大幅提高。 3.将核壳结构纳米纤维材料应用在气体传感器上，改善单一半导体敏感材料在传感应用中表现出的灵敏度低、选择性差等问题，揭示了气体传感器性能高度依赖材料微观结构的规律性；通过内外流体中高分子聚合物的不相溶特性形成α-Fe2O3@NiO核壳结构纳米纤维和Co3O4/α-Fe2O3核壳结构纳米纤维，深入分析核与壳在敏感特性方面各自的作用，建立了核壳结构纳米纤维材料的敏感机理模型。 4.利用静电纺丝方法制备了核壳结构NiO微球。针对p型半导体NiO对气体的灵敏度低，选择性差等缺点对其进行Cr元素掺杂，合成掺杂不同量Cr的核壳结构NiO微球，将其应用在气体传感器上，测试结果表明，其对间二甲苯气体表现出高的灵敏度和优异的选择性，该传感器适用于探测低浓度间二甲苯气体。
【关键词】：金属氧化物半导体 静电纺丝 气体传感器 灵敏度
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN304
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-28
• 1.1 气体传感器概述10-15
• 1.1.1 气体传感器的分类10-11
• 1.1.2 气体传感器的性能参数11-14
• 1.1.3 气体传感器的应用14-15
• 1.2 金属氧化物纳米纤维气体传感器概述15-21
• 1.2.1 金属氧化物纳米纤维材料15-17
• 1.2.2 金属氧化物纳米纤维气体传感器的敏感机理17-21
• 1.3 静电纺丝技术概述21-26
• 1.3.1 静电纺丝技术发展历史21-22
• 1.3.2 静电纺丝技术原理22
• 1.3.3 静电纺丝技术构筑一维纳米材料的优势22-23
• 1.3.4 纳米纤维材料在气体传感器领域的应用23-26
• 1.4 本论文的研究意义及目的26-27
• 1.5 本论文选题思路27-28
• 第2章 中空结构 SnO_2纤维的设计及气敏特性研究28-40
• 2.1 前言28
• 2.2 中空结构 SnO_2纤维的设计、制备及表征28-33
• 2.3 中空结构 SnO_2纤维气敏性能测试与分析33-38
• 2.4 中空结构 SnO_2纤维气体传感器的敏感机理分析38-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 不同孔径的中空结构 In_2O_3纤维的设计及气敏特性40-54
• 3.1 前言40
• 3.2 不同孔径的中空结构 In_2O_3纤维的设计、制备及表征40-45
• 3.3 不同孔径的中空结构 In_2O_3纤维气敏性能测试与分析45-50
• 3.4 不同孔径的中空结构 In_2O_3纤维气体传感器的增感机制分析50-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第4章 核壳结构异质纳米纤维的设计及气敏特性研究54-79
• 4.1 前言54-55
• 4.2 核壳结构α-Fe_2O_3@NiO 异质纳米纤维的设计及气敏特性研究55-66
• 4.2.1 核壳结构α-Fe_2O_3@NiO 异质纳米纤维的设计、制备及表征55-60
• 4.2.2 核壳结构α-Fe_2O_3@NiO 异质纳米纤维气敏性能测试与分析60-64
• 4.2.3 n-MOS@p-MOS异质纳米纤维气体传感器的敏感机理分析64-66
• 4.3 核壳结构 Co_3O_4@ α-Fe_2O_3异质纳米纤维的设计及气敏特性66-76
• 4.3.1 核壳结构 Co_3O_4@ α-Fe_2O_3异质纳米纤维的设计、制备及表征66-70
• 4.3.2 核壳结构 Co_3O_4@α-Fe_2O_3异质纳米纤维气敏性能测试与分析70-74
• 4.3.3 p-MOS@n-MOS异质纳米纤维气体传感器的敏感机理分析74-76
• 4.4 本章小结76-79
• 第5章 核壳结构 NiO 微球的设计及气敏特性79-93
• 5.1 前言79
• 5.2 掺杂 Cr的核壳结构 NiO微球设计、制备及表征79-85
• 5.3 掺杂 Cr的核壳结构 NiO微球气敏性能测试与分析85-90
• 5.4 掺杂 Cr的核壳结构 NiO微球气体传感器的敏感机理分析90-91
• 5.5 本章小结91-93
• 第6章 总结93-96
• 参考文献96-113
• 攻读博士学位期间发表的学术论文113
• 作者简历113-114
• 致谢114

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 沈帅;贾玉帅;范峰滔;冯兆池;李灿;;时间分辨红外光谱研究Cr价态在La,Cr共掺杂SrTiO_3光催化剂中的作用(英文)[J];催化学报;2013年11期

2 SHAN Hao;LIU ChangBai;LIU Li;WANG LianYuan;LI ShouChun;ZHANG XiaoBo;BO XiaoQing;CHI Xiao;;Synthesis and acetone gas sensing properties of α-Fe_2O_3 nanotubes[J];Science China(Chemistry);2013年12期

3 陈鹏鹏;王兢;张春丽;郝育闻;杜海英;;基于电纺丝法的In_2O_3/CdO复合材料的制备及甲醛气敏特性[J];物理化学学报;2013年08期

  本文关键词：金属氧化物半导体共轴纤维及其气体传感性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：338381