面向VOC氣體檢測的氧化物纖維與Y型沸石的氣敏性能及其機(jī)理研究.pdf

1、氣體傳感器已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)和生活中不可或缺的器件，其應(yīng)用范圍從外太空的氣體檢測到室內(nèi)空氣的監(jiān)控，從工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測到醫(yī)學(xué)疾病的診斷。傳感器存在于現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)中的諸多方面，使自動(dòng)化系統(tǒng)更具智能化。揮發(fā)性有機(jī)氣體(VOC)，如乙醇，甲醛和氨氣等，是很多工業(yè)過程中的副產(chǎn)品，并且對(duì)人體危害很大，是大氣污染的主要成分。作為氣體傳感技術(shù)的核心部分，對(duì)具有納米結(jié)構(gòu)和新型氣敏材料的研究倍受重視。
　　本論文面向?qū)OC氣體的檢測，分別研究了鈦

2、摻雜氧化鉻纖維、鎳摻雜氧化錫納米纖維以及銀離子沸石材料的制備表征及其氣敏特性，并研究了沸石離子電導(dǎo)的機(jī)理。
　　首先研制了鈦摻雜氧化鉻(CTO)纖維氣體傳感器。不同煅燒溫度對(duì)CTO纖維結(jié)構(gòu)影響的研究表明，纖維中氧化物晶體隨著煅燒溫度的升高而長大，直至破壞纖維結(jié)構(gòu)。對(duì)CTO纖維制作的傳感器的測試表明，傳感器對(duì)乙醇?xì)怏w具有良好的氣敏性能;異丙醇是主要干擾氣體之一;傳感器響應(yīng)隨著濕度上升而下降。采用傳感器響應(yīng)公式計(jì)算了傳感器信號(hào)的參數(shù)和

3、響應(yīng)的擬合數(shù)值。
　　論文采用靜電紡絲技術(shù)制備了鎳摻雜和未摻雜的氧化錫納米纖維(NSO)，并研究了其對(duì)甲醛的氣敏特性。對(duì)材料進(jìn)行分析的表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鎳摻雜使纖維表面氧化錫晶體扭曲，引起材料活化能、晶體尺寸和化學(xué)狀態(tài)的變化。摻雜的氣體傳感器最佳工作溫度為200℃，最小檢測濃度為0.08ppm。傳感器對(duì)10ppm甲醛的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為50s和80s。該傳感器在90天內(nèi)對(duì)甲醛響應(yīng)具有很好的穩(wěn)定性。分析了NSO對(duì)甲醛的敏感機(jī)理。

4、>　　通過研究Ag+移動(dòng)性隨氨氣變化的機(jī)理，本文設(shè)計(jì)了一種基于銀離子Y型沸石(Ag-Y)傳感器，用于檢測柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的氨氣。分析阻抗譜、紅外、XPS等表征結(jié)果，說明了氨氣有助于Ag+在沸石內(nèi)移動(dòng);證明了Ag+-NH3絡(luò)合物的形成，并在300℃左右分解;而在過剩氨氣環(huán)境中，部分的Ag+-NH3絡(luò)合物可以保持到450℃。對(duì)各種氣體的測試表明，該氣敏元件對(duì)O2，CO，CO2和丙烷不敏感，NO的干擾很小，濕度影響元件的基線阻抗。
　　顆粒

5、尺寸對(duì)材料的離子電導(dǎo)的影響是當(dāng)今離子材料研究熱點(diǎn)之一。本論文首次系統(tǒng)的研究了不同尺寸的堿金屬交換沸石的離子電導(dǎo)特性，其尺寸分別為沸石薄膜，微米級(jí)沸石，亞微米級(jí)沸石和納米沸石。利用阻抗技術(shù)，計(jì)算了多種不同類型沸石的活化能?？傮w來說，沸石的活化能隨著其Si/Al比上升而下降。在沸石顆粒表面通過硅烷表面修飾后，隨著高溫煅燒，在顆粒表面形成硅烷網(wǎng)狀薄膜。這種表面改性對(duì)微米級(jí)沸石只有很小影響，然而納米級(jí)沸石活化能卻上升很大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明沸石中陽離