论文部分内容阅读
在工业极度发展的当今社会,生产生活的废气排放对环境的污染以及人类健康的危害很大,对这些有害气体的检测和控制一直以来都是人们关注的重点问题,半导体金属氧化物气体传感器便成为目前气敏传感器方向的研究热点之一,用来对这些毒害气体的种类及浓度进行检测。NiO是一种室温下禁带宽度为3.6-4.0 eV的p型半导体,由于其具有制备简单、成本较低、稳定性好等优点,因此被广泛应用于气敏传感器方向。本文以NiO为主体研究材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TG)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)仪器对合成的材料进行表征和分析。通过简单的水热合成法制备了NiO,并对其进行了掺杂,对基于所合成材料构筑的气体传感器进行了气敏性能测试。结果表明,所构筑的气体传感器的气敏性能较为优异。主要的研究内容如下:(1)本文以六水合硝酸镍为镍源,采用水热合成法及高温煅烧制备了NiO微米花,并对基于NiO微米花构筑的气体传感器进行气敏性能测试。气敏性能测试结果表明,该气体传感器对乙醇气体表现出较好的气敏性能,当工作温度为164℃时,传感器对100 ppm乙醇的灵敏度为3.10,响应和恢复时间分别为13 s和27 s。该气体传感器对乙醇的最低检测浓度为50 ppm,灵敏度是1.89。此气体传感器在一定的相对湿度(33%、58%、75%、97%)下对检测乙醇的灵敏度几乎没有影响。(2)为了研究少量其他金属元素掺杂对NiO气敏性能的影响,采用一步水热合成法对纯的NiO微米花进行了Fe元素掺杂,制备了片状Fe-NiO材料。对基于该材料构筑的气体传感器进行了气敏性能测试,测试结果表明,少量Fe元素的掺杂改变了纯的NiO气体传感器检测的优势气体并降低了传感器的最佳工作温度,Fe-NiO传感器对甲醛较为敏感,其在144℃的工作温度下对100 ppm甲醛灵敏度为3.43,响应和恢复时间为17 s和18 s,且对甲醛的最低检测浓度为20 ppm,灵敏度为2.19。(3)利用一步水热合成法制备了少量Sn元素掺杂的片状Sn-NiO材料,并对基于此材料构筑的气体传感器进行了气敏性能测试。测试结果表明,Sn-NiO气体传感器对甲醇表现出较好的气敏性能,当工作温度为144℃时,该传感器对100 ppm甲醇的灵敏度为5.23,响应和恢复时间为13 s和29 s,其对甲醇的最低检测浓度为20 ppm,灵敏度为2.25。