几种半导体金属氧化物气敏材料的制备及其气敏性能研究

论文摘要

随着人民生活水平的提高和对环保的日益重视,人们对各种有毒、有害气体的检测提出了更高的要求。气敏材料是气敏传感器的核心部分,因此气敏材料的合成及其气敏性能的研究显得越发重要。本论文采用固相化学反应法,制备出简单氧化物ZnO、SnO2及复合氧化物纳米材料,并对其进行了气敏性能的研究。1、以锌盐、氢氧化钠为原料,利用固相化学反应法,在加入表面活性剂的条件下,一步合成了ZnO纳米棒。同时采用固相化学反应法,先将La（acac）3·2H2O,Ce（acac）3·2H2O和Nd（acac）3·3H2O与锌盐混合研磨,再与强碱氢氧化钠反应,制备出稀土氧化物掺杂的ZnO纳米棒。通过X-射线衍射确定了产物的组成,利用透射电镜和扫描电镜观察了产物的形貌。气敏性能测试结果表明,由ZnO纳米棒制备的气敏元件具有良好的气敏特性;同时发现经过稀土氧化物掺杂后的ZnO纳米棒,气敏性能得到了改善,相对于未掺杂的ZnO纳米棒,掺杂后的ZnO气敏元件对乙醇气体具有更高的灵敏度,更好的选择性及更短的响应恢复时间。2、分别以二氯化锡和草酸、二氯化锡和氢氧化钠、四氯化锡和氢氧化钠为原料,采用固相化学反应法合成了SnO2纳米粒子;同时通过表面活性剂PEG-400的添加,利用二氯化锡和草酸的固相化学反应制备出SnO2纳米棒。利用X-射线衍射对产物的组成进行了表征,并通过透射电镜、扫描电镜观察了样品形貌。气敏性能测试结果表明,SnO2气敏材料对乙醇有良好的灵敏度、选择性及响应-恢复特性,所制气敏元件可望研制成实用性的酒精敏感元件。3、以不同金属盐及氢氧化钠为原料,利用固相化学反应法合成了尖晶石结构的铁酸系复合氧化物CdFe2O4、ZnFe2O4及锡酸系复合氧化物Zn2SnO4、Cd2SnO4。通过X-射线衍射确定了产物的组成,并利用扫描电镜观察了产物的形貌。同时测试了CdFe2O4、ZnFe2O4、Zn2SnO4、Cd2SnO4纳米材料的气敏性能。为了提高复合氧化物气敏特性,采用贵金属Pd浸渍法对气敏材料进行改性。气敏性能测试结果表明,掺杂后的气敏元件对乙醇气体的灵敏度、选择性及稳定性均有提高,说明贵金属Pd对复合氧化物的增敏效果显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 引言
• 1 气敏材料概述
• 1.1 气敏材料的发展及分类
• 1.2 气敏材料的敏感机理
• 1.2.1 表面电阻控制型
• 1.2.2 体电阻控制型
• 1.2.3 非体电阻控制型
• 2 纳米材料的研究和发展
• 3 纳米气敏材料的制备技术
• 3.1 液相法制备气敏材料
• 3.1.1 沉淀法
• 3.1.2 乳液法
• 3.1.3 溶胶-凝胶法
• 3.1.4 溶剂热法
• 3.1.5 超临界法
• 3.2 气相法制备气敏材料
• 3.3 固相法制备气敏材料
• 4 气敏传感器的改进及其进展
• 4.1 气敏材料改性研究
• 4.2 气敏传感器的发展趋势
• 5 本论文的选题背景和研究内容
• 第一章 氧化锌气敏材料的制备及其气敏性能的研究
• 第一节 氧化锌纳米棒气敏材料的制备及其气敏特性
• 1.1 实验部分
• 1.1.1 实验试剂及仪器
• 1.1.2 ZnO 纳米棒的室温固相法制备
• 1.1.3 气敏传感器元件的制备工艺流程
• 1.2 结果与讨论
• 1.2.1 样品的物相分析
• 1.2.2 样品的形貌分析
• 1.2.3 气敏性能测试及分析
• 第二节 稀土氧化物掺杂氧化锌纳米棒的制备及其气敏特性
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂与仪器
• 2.1.2 稀土氧化物掺杂氧化锌纳米棒的制备
• 2.1.3 气敏传感器元件的制备工艺流程
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 样品的物相分析
• 2.2.2 样品的形貌分析
• 2.2.3 气敏性能测试及分析
• 本章小结
• 第二章 二氧化锡气敏材料的制备其气敏性能的研究
• 第一节 二氧化锡纳米粒子气敏材料的制备及其气敏特性
• 1.1 实验部分
• 1.1.1 实验试剂与仪器
• 2 纳米粒子的制备'>1.1.2 SnO₂纳米粒子的制备
• 1.1.3 气敏传感器元件的制备工艺流程
• 1.2 结果与讨论
• 1.2.1 样品的物相分析
• 1.2.2 样品的形貌分析
• 1.2.3 气敏性能测试及分析
• 第二节 二氧化锡纳米棒气敏材料的制备及其气敏特性
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂及仪器
• 2 纳米棒的制备'>2.1.2 SnO₂纳米棒的制备
• 2.1.3 气敏传感器元件的制备工艺流程
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 样品差热分析
• 2.2.2 样品的物相分析
• 2.2.3 样品的形貌分析
• 2.2.4 气敏性能测试及分析
• 本章小结
• 第三章 铁酸系、锡酸系复合氧化物气敏材料的制备及其气敏性能的研究
• 第一节 复合氧化物气敏材料的制备及其气敏特性
• 1.1 实验部分
• 1.1.1 实验试剂及仪器
• 2O₄、ZnFe₂O₄、Zn₂SnO₄、Cd₂SnO₄ 纳米粒子的'>1.1.2 CdFe₂O₄、ZnFe₂O₄、Zn₂SnO₄、Cd₂SnO₄纳米粒子的
• 1.1.3 气敏传感器元件的制备工艺流程
• 1.2 结果与讨论
• 1.2.1 样品的物相分析
• 1.2.2 样品的形貌分析
• 1.2.3 气敏性能测试及分析
• 第二节 贵金属钯掺杂复合氧化物气敏材料的制备及其气敏特性
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂及仪器
• 2.1.2 贵金属Pd 浸渍元件的制备
• 2.1.3 气敏传感器元件的制备工艺流程
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 样品的物相分析
• 2.2.2 气敏性能测试及分析
• 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 发表、整理论文情况
• 致谢