低维半导体氧化物的合成及气体传感器的研制

论文题目: 低维半导体氧化物的合成及气体传感器的研制

论文类型: 博士论文

论文专业: 分析化学

作者: 刘艳丽

导师: 俞汝勤,沈国励

关键词: 气体传感器,纳米材料,半导体,气敏材料,制备方法

文献来源: 湖南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 工业化发展为人类创造财富的同时,对环境也造成了很大的污染。工业生产中使用的气体原料和生产过程中产生气体的种类和数量越来越多,这些气体中,有毒、有害气体不仅污染环境,而且有产生爆炸、火灾和使人中毒的危险。因此,有必要对环境中的大气进行实时检测。基于半导体金属氧化物的电阻型气体传感器,具有灵敏度高、选择性好、稳定性高、易于微型化和自动化等优点,在工业控制和环境监测等领域具有广泛的应用前景。纳米材料,因其具有大的比表面积、高的表面活性,能使半导体金属氧化物的气敏性能显著提高,因此利用纳米合成技术改进气敏材料的性能已成为今后气敏材料发展的主导方向之一; 另外,选择适当的添加剂对气敏材料进行掺杂是提高材料气敏性能的有效方法之一。本论文一方面采用室温固相化学反应法、溶剂热法、有机溶液氧化-还原法等方法合成了一系列纳米半导体金属氧化物,并构建成旁热式气体传感器用于气体的检测; 另一方面,对部分所得纳米颗粒进行贵金属掺杂,利用贵金属良好的催化特性,实现对材料性能的增敏作用。主要完成了以下研究工作: 1、利用室温固相化学反应法制备了一系列的半导体纳米复合氧化物。室温固相化学反应是指在室温或近室温条件下的固-固相化学反应,该法制备无机纳米材料是一个全新的课题,它不需要溶剂,从根本上消除了溶剂化作用,使反应在一个全新的环境下进行,整个反应过程经历扩散、反应、成核以及核的生长四个步骤,在实验体系中加入适量的无机盐来控制材料的定向生长而得到粒径细小且分布均匀的纳米材料。本论文中,采用价格相对低廉的无机盐作为前驱体,并在体系中加入适量的NaCl以控制所得材料的粒径而得到Mg2Fe2O4、CdSnO3、NiFe2O4等复合氧化物。实验结果表明,该制备方法简化了工艺流程,具有污染小、产率高、节约能源等优点。贵金属作为活泼的催化剂,通常被用来作为掺杂剂来提高半导体材料的气敏性能。本论文中,在用室温固相化学反应法制得纳米材料的基础上,采用浸渍法对部分所得纳米材料进行不同贵金属掺杂,并对贵金属影响原材料的气敏性能及机理进行了分析与探讨。（1）第二章中,利用该法得到了球形Mg2Fe2O4纳米材料,并将该材料制成旁热式气体传感器元件,检测了该元件对CH4、H2S、LPG和酒精气体的灵敏度情况。该元件在工作温度为160 oC时,能实现对低浓度H2S的有效检测,而在工作温度为335 oC时,能实现对酒精气体的有效检测。相对其它被测气体,其抗干扰性很好。

论文目录:

摘要

Abstract

第1章绪论

1．1 气体传感器的应用与分类

1．1．1 气体传感器的应用

1．1．2 气体传感器的分类

1．2 电阻式金属氧化物半导体气体传感器

1．2．1 电阻式金属氧化物半导体气敏材料的敏感理论基础

1．2．2 金属氧化物半导体的气敏机理

1．2．3 电阻式金属氧化物半导体气体传感器的研究动态

1．3 纳米技术在金属氧化物半导体气体传感器中应用

1．3．1 纳米技术对材料气敏性能的影响

1．3．2 半导体金属氧化物的合成新方法简介

1．4 本论文研究工作的构思

第2章尖晶石型 MgFe_2O_4 的室温固相化学反应合成及其在气体传感器中的应用

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 化学试剂和仪器

2．2．2 铁酸镁的合成

2．2．3 材料的表征

2．2．4 气敏元件的制作与老化

2．2．5 气敏元件的性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 室温固相化学反应的实验机理分析

2．3．2 材料的结构分析

2．3．3 材料的气敏性能研究

2．4 结论

第3章钙钛矿型CdSnO_3 纳米材料的合成及Pt 掺杂对其酒敏性能的影响与机理

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 化学试剂和仪器

3．2．2 CdSnO_3 的合成

3．2．3 Pt 的掺杂

3．2．4 材料的表征

3．2．5 气敏元件的制作与老化

3．2．6 气敏元件的性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 材料的结构分析

3．3．2 材料的气敏性能分析

3．3．3 材料的气敏机理分析

3．4 结论

第4章 NiFe_2O_4 纳米材料的合成及贵金属(Pt、Pd、Au)掺杂对其H_2S 气敏性能的影响

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 化学试剂和仪器

4．2．2 NiFe_2O_4的合成

4．2．3 Pt,Pd,Au 的掺杂

4．2．4 材料的表征

4．2．5 气敏元件的制作与老化

4．2．6 气敏元件的性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 材料的结构分析

4．3．2 材料的气敏特性研究

4．3．3 材料的气敏机理分析

4．4 结论

第5章纳米氧化锌的溶剂热合成及用于高灵敏度酒精传感器的研制

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 化学试剂和仪器

5．2．2 ZnO 的制备

5．2．3 材料的结构表征

5．2．4 气敏元件的制作与老化

5．2．5 气敏元件的性能测试

5．3 结果和讨论

5．3．1 材料的结构特征

5．3．2 材料的气敏特性

5．4 结论

第6章纤维锌矿ZnO 纳米棒的合成及高选择性酒精传感器的研制

6．1 前言

6．2 实验部分

6．2．1 化学试剂和仪器

6．2．2 ZnO 的制备

6．2．3 材料的结构表征

6．2．4 气敏元件的制作与老化

6．2．5 气敏元件的性能测试

6．3 结果和讨论

6．3．1 材料的结构特征

6．3．2 材料的气敏特性测试

6．4 结论

第7章多壁碳纳米管与SnO_2的复合材料的制备与气敏性能研究

7．1 前言

7．2 实验部分

7．2．1 化学试剂和仪器

7．2．2 多壁碳纳米管的制备及纯化

7．2．3 MWNT-SnO_2 复合材料的制备

7．2．4 材料的表征

7．2．5 气敏元件的制作与老化

7．2．6 气敏元件的性能测试

7．3 结果与讨论

7．3．1 材料的结构分析

7．3．2 材料的气敏性能测试

7．4 结论

第8章(补篇)基于水热法合成的纳米ZnO 及过氧化氢传感器研制

8．1 前言

8．2 实验部分

8．2．1 纳米ZnO 的制备与表征

8．2．2 电化学测试部分实验试剂与仪器

8．2．3 H_2O_2 生物传感器的构造

8．3 结果与讨论

8．3．1 材料的结构表征

8．3．2 ZnO/CHIT/HRP 电极的微观形貌表征

8．3．3 酶电极制备条件的优化

8．3．4 H_2O_2生物传感器性能

8．3．5 生物传感器的储存稳定性

8．4 结论

结论

参考文献

致谢

附录A ( 攻读学位期间所发表的学术论文目录)

发布时间: 2006-05-10

参考文献

[1].镂空分级金属氧化物纳米结构的设计制备、气敏性能与机理研究[D]. 谭健峰.华中师范大学2018
[2].基于分等级结构三氧化钨的二氧化氮气体传感器研究[D]. 王冲.吉林大学2018
[3].碳基气体传感器的设计与制备[D]. 杜永刚.中国石油大学(华东)2014
[4].SnO2及其复合氧化物气体传感器的修饰改性研究[D]. 刘凤敏.吉林大学2005
[5].基于微热板式气体传感器的混合气体检测及分析[D]. 魏广芬.大连理工大学2006
[6].大气监测光纤气体传感器的研究[D]. 肖韶荣.南京理工大学2006
[7].碳纳米管电离式气体传感器的基础研究[D]. 颜丙勇.上海交通大学2006
[8].NASICON材料与微型气体传感器及检测系统的研究[D]. 王彪.吉林大学2008
[9].硅基微结构气体传感器的研制[D]. 刘丽.吉林大学2008
[10].金属氧化物半导体气体传感器制作及测试分析方法研究[D]. 邓积微.湖南大学2015

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