氧化钴和氧化钛与石墨烯复合物的气敏性研究

发布时间：2017-04-13 11:37

  本文关键词：氧化钴和氧化钛与石墨烯复合物的气敏性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着城市工业和汽车运输业的发展,空气污染日益严重,而VOC(挥发性有机物)是空气污染的重要原因；同时室内由于建筑、装潢等原因,也存在一些VOC气体,一定浓度的VOC气体对人体具有很大的伤害；因此检测VOC气体具有很重要的意义。传统的金属氧化物半导体气体传感器可以检测多种VOC气体,但是存在一定的不足之处,例如,一般需要高温下工作,传感器的选择性不好等,要解决这些问题,研发新的气体敏感材料成为改善传感器性能的重要途径。从发现石墨烯以来,由于其具有特殊的物理、电化学特性,石墨烯作为良好的气体敏感材料引起了广泛的研究。本文主要研究金属氧化物-还原氧化石墨烯复合材料相比于石墨烯和传统的气体敏感材料金属氧化物在气敏性能上的改善。本文通过水热反应来还原氧化石墨烯,制备了金属氧化物-还原氧化石墨烯复合材料,石墨烯复合材料有TiO2-rGO、Co3O4-rGO、ZnO-rGO,采用溶胶凝胶法制备了介孔TiO2微球、NiO包裹介孔TiO2微球复合材料,并且对材料的微观结构进行XRD、SEM、 TEM、BET和Raman表征。从Co3O4-rGO复合材料的SEM图中可以看出,Co3O4颗粒完美地插层在石墨烯的片层之间,增加了石墨烯片层之间的间隙。在TiO2微球的SEM图上看到TiO2微球是介孔材料。将材料制作成电阻型厚膜气敏元件,在室温下对几种材料进行了VOC气体的气敏测试。介孔TiO2微球对多种VOC气体具有高的响应量,TiO2-rGO复合材料对多种VOC气体没有响应或者响应量非常小,而NiO-TiO2复合材料对NH3蒸汽具有良好的选择性。石墨烯复合材料Co3O4-rGO、ZnO-rGO相比于纯rGO在对甲醇的响应时间缩短了很多；在灵敏度上比较,Co3O4-rGO复合材料中CO3O4-5 wt% rGO对60ppm NO2的响应量最大达到80%,是纯rGO的响应量的近20倍。推测这是由于金属氧化物Co3O4颗粒插层在石墨烯的片层之间,相当于制造出了多孔结构的石墨烯复合材料；另外一个原因是Co-C离子键之间的相互作用。石墨烯复合材料Co3O4-rGO和ZnO-rGO对甲醇气体表现出了快速的响应和完全的恢复,推测这是由于甲醇与石墨烯的sp2杂化碳健之间的直接相互作用；但是对检测甲醇气体也存在响应量小的缺点。石墨烯复合材料Co3O4-rGO和ZnO-rGO虽然对NO2、NH3有很大的响应量,但传感器对NH3表现出响应不恢复的特点,这一问题还有待解决。
【关键词】：石墨烯 复合材料 VOC 气体传感器
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 研究背景9
• 1.2 半导体型气体传感器的研究发展9-12
• 1.2.1 半导体型气体传感器的研究现状10
• 1.2.2 半导体型气体传感器的性能指标10-12
• 1.3 气体敏感材料石墨烯12-19
• 1.3.1 石墨烯的结构和特性12-14
• 1.3.2 石墨烯的应用14-16
• 1.3.3 石墨烯的制备方法16-17
• 1.3.4 氧化石墨烯17-18
• 1.3.5 原氧化石墨的方法18
• 1.3.6 石墨烯复合材料气体传感器的研究进展18-19
• 1.5 论文的选题和研究内容19-21
• 2 材料制备与传感器制备21-26
• 2.1 材料制备22-23
• 2.1.1 介孔TiO_2微球的制备方法22
• 2.1.2 rGO和Co_3O_4-rGO复合材料的制备方法22
• 2.1.3 ZnO-rGO复合材料的制备方法22-23
• 2.1.4 TiO_2-rGO复合材料的制备方法23
• 2.2 传感器制备23-24
• 2.2.1 电极制作23
• 2.2.2 气敏元件制作23-24
• 2.3 传感器气敏测试系统介绍24-26
• 2.3.1 动态配气测试系统24
• 2.3.2 静态配气测试系统24-26
• 3. 材料表征与分析26-35
• 3.1 介孔TiO_2微球26-28
• 3.2 TiO_2-rGO复合材料28-29
• 3.3 rGO和Co_3O_4-rGO复合材料29-32
• 3.4 ZnO-rGO复合材料32-35
• 4 气敏特性与机理分析35-53
• 4.1 TiO_2及TiO_2-rGO复合材料的气敏特性及机理分析35-42
• 4.1.1 TiO_2的气敏特性及机理分析35-38
• 4.1.2 TiO_2-rGO的气敏特性38-40
• 4.1.3 NiO-TiO_2的气敏特性40-42
• 4.2 rGO、Co_3O_4-rGO、ZnO-rGO厚膜传感器的气敏特性对比及机理分析42-51
• 4.2.1 对NO_2的响应42-48
• 4.2.2 对甲醇(CH_4O)的响应48-49
• 4.2.3 对其他VOC气体的响应49-51
• 4.3 传感器的性能指标分析51-53
• 4.3.1 湿度对传感器电阻值的影响51-52
• 4.3.2 传感器的选择性52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-62
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况62-63
• 致谢63-64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 查世彤,马一太,孙曦;我国建筑物中的VOC及防治[J];洁净与空调技术;2002年01期

  本文关键词：氧化钴和氧化钛与石墨烯复合物的气敏性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：303476