采用掺杂和表面修饰提高氧化铟基体材料气敏特性

发布时间：2017-05-21 22:27

  本文关键词：采用掺杂和表面修饰提高氧化铟基体材料气敏特性，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年来随着科技的不断进步，人们对于很多领域的探究已经超出自身感观范围。在这样的大前提下，许多新的技术应运而生并且飞速发展，其中传感器成为这个大潮下帮助人们更深入的了解大自然的高效媒介。在当前的生产生活中，传感器被广泛的应用于探索认知宇宙，建设巩固国防，监测工业污染，提高粮食产量等领域。总而言之，传感器与我们的生活密不可分，在众多的传感器中，气体传感器存在的意义不容小觑，比如煤矿作业过程中遇到的甲烷，装潢材料中释放的甲醛甲苯以及汽车尾气中的氮氧化物、硫化物等都会对生产以及生命安全造成威胁，为了更好的检测这些有毒有害的气体从而避免人身、财产安全受到侵害，越来越多的科研工作者们开始将更多的精力转移到制备低价、高效的气体传感器上来。下面简单介绍一下我的主要工作： 首先，通过静电纺丝方法制备氧化铟基纳米纤维(In2O3NFs)。为了得到性能更加优异的材料，对基体氧化铟纳米纤维进行了贵金属Pt浸渍处理，使基体氧化铟纳米纤维表面附着上一层Pt粒子以获得Pt修饰的氧化铟纳米纤维（Pt-decorated In2O3NFs）。将所得到的材料制备成传感器件并探测了其对甲醛的敏感特性。实验中温度测试范围选择在120℃-270℃。随着温度的升高，两传感器对甲醛的灵敏程度均呈增长趋势，当温度逐渐增加到200℃时，基于Pt-decorated In2O3NFs的器件对甲醛的敏感程度最大，此时的灵敏度为11，响应时间为0.1s，恢复时间为0.2s。之后当温度逐渐从200℃增加到270℃的过程中，基于Pt-decorated In2O3NFs的器件的敏感程度逐渐降低。而对于基于In2O3NFs的器件而言，当温度达到230℃时，它对甲醛的敏感程度最大，此时的灵敏度为3。之后当温度从230℃增加到270℃的过程中，，基于In2O3NFs的器件的灵敏度逐渐降低。在整个温度测试范围内基于Pt-decorated In2O3NFs的器件的灵敏度均优于基于In2O3NFs的器件。 第二方面，通过水热法制备出氧化铟微球。纯氧化铟微球虽然形貌较好但是敏感特性并不理想，为了改变这种状况，对基体氧化铟微球进行了掺杂改性，具体做法为在配制前驱物溶液时向其中加入一定量的三异丙醇氧钒，最终得到V掺杂的氧化铟微球，经过一系列的表征证明，V掺杂之后与氧化铟以固溶体的形式存在。在制备出基于V掺杂的氧化铟微球的气体传感器以后，在140℃-280℃之间测试了器件对丙酮的敏感特性，结果显示纯氧化铟微球对丙酮的敏感程度较弱，但是经过V掺杂之后的氧化铟微球材料却对丙酮表现出了一定的敏感特性。当温度从140℃增加到200℃的过程中，基于V掺杂微球的器件的灵敏度逐渐增加，在200℃时可达到纯氧化铟微球器件的5倍，此时响应时间为1.5s，恢复时间为0.7s。之后当温度继续增加到280℃的过程中，器件的灵敏度逐渐下降。因此确定200℃为V掺杂的氧化铟微球器件的最佳工作温度。在混合气体氛围中，V掺杂的氧化铟微球器件可以很好的将丙酮甄别出来。
【关键词】：静电纺丝 表面修饰 水热 掺杂 氧化铟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;TP212
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-32
• 1.1 传感器11
• 1.1.1 传感器概述11
• 1.1.2 传感器定义及其分类11
• 1.2 气体传感器11-13
• 1.2.1 气体传感器概述11-13
• 1.2.2 气体传感器的分类13
• 1.3 电阻型气体传感器及其敏感机理13-17
• 1.3.1 电阻型气体传感器13-15
• 1.3.2 气敏反应机理15-16
• 1.3.3 气敏材料选择16-17
• 1.4 一维纳米材料17-19
• 1.5 一维纳米材料制备方法19-30
• 1.5.1 静电纺丝方法19-26
• 1.5.2 水热法26-28
• 1.5.3 模板法28-30
• 1.6 一维纳米材料发展趋势30
• 1.7 氧化铟材料的特征及应用30-31
• 1.8 论文的研究内容31-32
• 第二章 Pt-decorated In_2O_3纳米纤维的制备及甲醛敏感特性研究32-42
• 2.1 引言32
• 2.2 实验部分32-35
• 2.2.1 实验准备32-34
• 2.2.2 材料制备过程34
• 2.2.3 材料表征34
• 2.2.4 气体传感器的制备34-35
• 2.2.5 气敏特性测试35
• 2.3 结果与讨论35-41
• 2.3.1 材料表征35-38
• 2.3.2 气敏特性测试结果38-41
• 2.3.3 机理解释41
• 2.4 小结41-42
• 第三章 水热法制备 V 掺杂氧化铟微球并探测其对丙酮敏感特性42-51
• 3.1 引言42
• 3.2 实验部分42-44
• 3.2.1 实验准备42-43
• 3.2.2 材料制备过程43-44
• 3.2.3 材料表征44
• 3.2.4 气体传感器的制备44
• 3.2.5 气敏特性测试44
• 3.3 结果与讨论44-50
• 3.3.1 材料表征44-47
• 3.3.2 气敏特性测试结果47-49
• 3.3.3 机理解释49-50
• 3.4 小结50-51
• 第四章 结论51-52
• 参考文献52-59
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果59-60
• 致谢60

【参考文献】

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本文编号：385046