氧化锌、氧化锡纳米材料的制备及其气敏性能研究

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工农业化的快速发展带来的大气环境问题日益凸显,对检测的标准也越来越高。所以半导体氧化物气敏传感器的检测中,灵敏度、选择性以及稳定性是依然传感器的问题解决重点。如何提高传感器的灵敏度、选择性和稳定性依然是一个难题。近些年来,纳米材料的兴起为气敏传感器的性能改善提供了一个新的方向,其中通过改善纳米材料的形貌来增大活性表面积,以及通过掺杂来提高材料的活性和选择性,对提高传感器的气敏性能具有着重要的意义。  本论文主要通过制备多孔金属半导体氧化物纳米材料来提高和改善有关气敏传感器的性能。并在多孔材料的基础上通过掺杂进一步提高多孔氧化物传感器的响应灵敏度等相关性质。同时,对通过改变纳米材料的形貌,所带来气敏响应性能的影响也做了详细的研究。主要内容如下:  一、研究ZnO多孔带状纳米材料制备及其气敏性能。通过水热法制备了前驱体ZnSe·0.5N2H4带状纳米材料,后由退火分解N2H4处理得到了ZnO多孔纳米带。详细研究了其形貌特征以及不同温度煅烧后的形貌变化,TGA及XRD解释了化学反应的原因。此外,气敏性能表明,多孔氧化锌传感器对乙醇、丙酮等具有良好的气敏性能。同时具有较高的选择性能。另外该传感器具有低浓度10s以内的快速的响应速度和恢复速度。  二、研究由ZnO掺杂Cu的传感器对不同挥发性气体的气敏影响。水热法制备的ZnSe·0.5N2H4前驱体通过离子交换方式掺杂CuCl2,表征测试表明铜能够均匀的分布在ZnO材料的表面。经过优化后发现,在掺杂4%的Cu的ZnO能够显著改善气敏传感器的响应性能,带来灵敏度的大幅提高,是未经掺杂的传感器气体灵敏度4倍左右。与纯氧化锌材料相比,能够显著提高材料表面的活性。  三、研究SnO2花状纳米球材料的微观形貌的改变对气敏性能的影响,具有3D纳米球结构的SnO2,长度约为100nm,球体直径约300-400nm,具有巨大的活性表面积。而在气敏测试中,由片状纳米球向针状纳米球的转变带来的是材料的活性表面积减小。气敏特性表明,氧化锡材料对乙醇、甲醇、丙酮等有机挥发性气体具有极高的气敏响应性能,最高对100ppm丙酮灵敏度可达170,对5ppm低浓度气体也具有高响应,低检测限的性能。同时具有良好的气敏选择性。
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