复合/掺杂纳米金属氧化物制备及气敏性能的研究

论文摘要

本文采用热氧化法（thermal oxidation method）和固相反应法（solid state reaction method）制备了纳米ZnO/Co3O4、SnO2/Co3O4复合氧化物和掺Zn离子的SnO2金属氧化物气敏材料,采用XRD、TG、DSC、TEM、FESEM等测试手段对合成的复合/掺杂金属氧化物进行表征,研究了制备条件对产物的物质结构,热学特性和显微形貌的影响。本文还探讨了复合/掺杂金属氧化物厚膜气敏元件对挥发性有机化合物（VOCs）蒸汽的气敏性能;分析了掺杂/复合量对产物的气敏特性的影响,并与纯的ZnO、SnO2氧化物的气敏性能比较。研究结果表明:热氧化法和固相反应法合成的复合/掺杂金属氧化物系列的晶粒尺寸集中在60nm以下,随着掺杂量的不同,对晶粒尺寸和晶格参数的影响不同。ZnO/Co3O4厚膜气敏测试结果表明:复合量为7mol%Co3O4的复合氧化物气敏元件对VOCs蒸气的敏感度较好。厚膜对乙醇、甲醇和苯蒸气的最佳工作温度为420℃。SnO2/Co3O4厚膜气敏测试结果表明:复合量为3mol%Co3O4的复合氧化物气敏元件对乙醇、甲醇和甲醛蒸气的敏感度最好。为了改善SnO2的气敏性能,对其进行掺杂,研究了Zn掺杂剂的含量对丙酮,甲醇和苯的气敏性能的影响。实验结果发现:适当量的Zn掺杂工艺能降低SnO2对VOCs蒸汽的工作温度,提高了SnO2的灵敏度和选择性。本文主要分四个部分,第一部分结合半导体气敏传感器的气敏机理,介绍了有效提高气敏元件灵敏度的方法和其机理以及研究现状,并阐述了本课题研究的目的及意义。第二部分着重分析了采用热氧化法制备ZnO基复合氧化物制备和气敏性能的研究。第三部分探讨了采用热氧化法制备了SnO2基复合氧化物和气敏性能的研究。第四部分探讨了采用固相反应法制备了掺Zn的纳米SnO2氧化物,着重研究了Zn掺杂量对SnO2的物相结构、形貌等和气敏性能的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 半导体金属氧化物气敏机理
• 1.3 改善半导体金属氧化物气敏性能的有效途径
• 1.4 纳米复合/掺杂氧化物的制备工艺
• 1.5 金属氧化物气敏传感器研究现状
• 1.6 本课题的研究目的及内容
• 2 热氧化法制备ZnO 基复合氧化物制备及气敏性能
• 2.1 前言
• 2.2 实验原理
• 2.3 以草酸锌和草酸钴为原料，热氧化法制备ZnO 基复合氧化物和气敏性能
• 2.4 以纳米ZnO 和草酸钴为原料，热氧化法制备ZnO 基复合氧化物和气敏性能
• 2.5 本章小结
• 2 基复合氧化物及气敏性能'>3 热氧化法制备SnO₂基复合氧化物及气敏性能
• 3.1 前言
• 3.2 实验原理
• 3.3 实验过程
• 3.4 实验结果与分析
• 3.5 本章小结
• 2 纳米颗粒及气敏性能'>4 固相反应法制备掺Zn 的SnO₂纳米颗粒及气敏性能
• 4.1 前言
• 2 的物理性质'>4.2 SnO₂的物理性质
• 4.3 实验过程
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 本章小节
• 5 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文