光激發(fā)輔助氣敏材料的制備研究.pdf

1、能源危機與環(huán)境惡化是制約人類發(fā)展和社會進步的兩大問題，環(huán)境污染問題已呈現(xiàn)全球化的趨勢，對有毒有害氣體的檢測任重而道遠。氣體傳感器用來檢測有害氣體有著成本低廉、檢測方便快捷等優(yōu)點，已在與人民生活息息相關的各個領域得到了廣泛應用。氣敏材料是氣體傳感器的核心，市場上應用最為廣泛的半導體金屬氧化物類氣敏材料有著工作溫度高的缺點，嚴重限制了其在易燃易爆氣體檢測方面的應用。本文針對傳統(tǒng)加熱型金屬氧化物類氣體傳感器存在的工作溫度高的問題，采用光激發(fā)來

2、降低材料工作溫度，以實現(xiàn)材料在低溫下對有毒氣體的檢測。具體工作如下:
　　1.針對三乙胺揮發(fā)氣體的檢測，我們采用水熱共沉淀法制備了Zn2Fe-LDH鋅鐵氫氧化物前驅(qū)體，將前驅(qū)體置于不同溫度下焙燒得到了復合金屬氧化物ZnO/ZnFe2O4。在80℃低溫下，借助光照的激發(fā)，我們探究了其對揮發(fā)性氣體的氣敏響應。以三乙胺為代表性氣體，600℃焙燒得到的復合材料的氣敏性能最佳，不僅響應迅速，檢測限較低，而且有良好的重復性和穩(wěn)定性，ZnO/Z

3、nFe2O4-600可以檢測濃度低至5 ppm的三乙胺。我們對比了光照前后材料氣敏性能的變化，發(fā)現(xiàn)光照不僅可以提高靈敏度，還能加快材料對氣體的響應恢復。我們進一步探究了光激發(fā)氣敏反應的機理，材料光照下氣敏性能的提高歸因于光照下材料表面氧負離子活性增強以及光照后氣敏反應的活化能的降低。光激發(fā)是降低復合氧化物材料工作溫度的一個有效手段。
　　2.針對乙醇揮發(fā)性氣體的檢測，我們采用水熱法制備前驅(qū)體，將前驅(qū)體置于空氣氣氛中焙燒得到了四面體

4、基底表面生長片狀二級結(jié)構的紡錘形的鋅銦多級結(jié)構氧化物材料，后續(xù)表征證明，多級結(jié)構氧化物實為銦摻雜的氧化鋅。多級結(jié)構粗糙的表面，大的比表面/體積比使其擁有了更卓越的氣敏性能。我們進一步通過設計實驗研究了多級結(jié)構的形成過程，探索了銦含量等因素對材料性能的影響，當鋅銦投料比為4∶1時得到的產(chǎn)物有最佳的氣敏性能。在接近室溫的工作溫度下，借助可見光的激發(fā)，鋅銦多級結(jié)構氧化物對500 ppm乙醇蒸氣的響應值達到了87左右，已經(jīng)超越了許多金屬氧化物材