碳纳米管掺杂金属氧化物气敏材料的敏感特性研究

论文摘要

三氧化钨（WO3）和二氧化锡（SnO2）是重要的功能材料,它们的气敏性能,得到越来越多的研究。目前还存在工作温度较高,选择性差和电阻偏大等不足。碳纳米管（CNTs）是理想的一维纳米材料,比表面积大,吸附能力强;单根碳纳米管具有金属性和半导体性。本论文采用碳纳米管为掺杂剂,制备出SnO2-CNTs和WO3-CNTs复合材料,改善了这些纯金属氧化物材料的气敏性能,并对实验结果给出相应解释。具体工作如下:（1）分别用球磨,超声振荡,混酸氧化等方法对碳纳米管进行分散修饰,通过扫描隧道显微镜对修饰后的样品进行表征。最后,用球磨与超声振荡结合的方法得到了理想的碳纳米管样品。（2）用溶胶-凝胶方法制备了三氧化钨纳米粉体。添加修饰过的碳纳米管,制备了碳纳米管掺杂WO3气敏元件。结果表明,碳纳米管存在于平均粒径为30-50nm的WO3晶粒间,从而增加了材料的气孔率;碳纳米管掺杂元件对丙酮的灵敏度远高于纯WO3元件,其中0.4wt%的掺杂量对丙酮有最高灵敏度,具有能检测低浓度丙酮气体,选择性好的优点,特别是掺杂碳纳米管明显提高了WO3元件的响应速度。（3）用溶胶-凝胶方法制备了二氧化锡纳米粉体。添加0.1wt%碳纳米管,制备出碳纳米管掺杂SnO2气敏元件。通过实验发现,碳纳米管掺杂后,器件电阻变小,灵敏度增加并且具有很好的响应特性。（4）根据晶界势垒模型,结合金属氧化物和碳纳米管的相关理论,探讨了碳纳米管掺杂金属氧化物的气敏响应机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1. 前言
• 1.2. 碳纳米管
• 1.2.1 碳纳米管的分子结构
• 1.2.2 碳纳米管的性质
• 1.2.3 碳纳米管的制备
• 1.2.4 碳纳米管的改性
• 1.2.5 碳纳米管吸附性能的应用
• 1.2.6 碳纳米管的气敏性能
• 1.3. 气敏传感器
• 1.3.1 半导体金属氧化物气敏材料
• 1.4. 本课题的提出
• 第二章 碳纳米管的分散处理
• 2.1 前言
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验步骤
• 2.2.2 实验结果和讨论
• 2.3 小结
• 3气敏材料的性能研究'>第三章 碳纳米管掺杂WO₃气敏材料的性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验
• 3纳米粉体的制备'>3.2.1 WO₃纳米粉体的制备
• 3.2.2 元件的制备与测试
• 3.3 结果和讨论
• 3.4 小结
• 2气敏材料的性能研究'>第四章 碳纳米管掺杂SnO₂气敏材料的性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验
• 2纳米粉体的制备'>4.2.1 SnO₂纳米粉体的制备
• 4.2.2 气敏元件的制备
• 4.3 实验结果和讨论
• 4.4 小结
• 第五章 气敏元件敏感机理的理论分析
• 5.1 金属氧化物的电学机理
• 5.2 碳纳米管的电学机理
• 5.3 碳纳米管掺杂金属氧化物的电学机理
• 第六章 主要结论及对后续工作的展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 对后续工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位器件发表的论文
• 致谢