離子液體輔助合成金屬氧化物納米材料及其氣敏性能的研究.pdf

1、材料的性能不僅取決于材料的化學(xué)組成，而且取決于材料的尺寸、微觀形貌、表面狀態(tài)等因素。因此，近些年納米材料的控制生長成為了材料科學(xué)研究的熱點。離子液體擁有很多獨特的性質(zhì)，可以用來合成在傳統(tǒng)溶劑中難以合成的新型納米材料，為納米材料的制備開辟了一條新的途徑。與常規(guī)氣敏材料相比，納米氣敏材料具有不可替代的優(yōu)勢:一是材料具有很大的比表面積，可以提供大量的氣體通道，提高了氣體靈敏度;二是降低了工作溫度，降低了能耗;三是大大縮減了傳感器的尺寸。同時金

2、屬氧化物納米材料具有靈敏度高、響應(yīng)恢復(fù)快、測量范圍廣、壽命長，尤其是成本低、制作簡便的特點。因而研究金屬氧化物納米材料氣敏性能具有重要意義。
　　 本論文通過離子液體輔助合成的方法制備了氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2)和氧化銅(CuO)納米材料，分別用X射線衍射儀、掃描電鏡、透射電鏡、氣敏元件測試系統(tǒng)、電化學(xué)工作站等對材料進(jìn)行表征、分析和測試。討論了影響金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)的因素，闡明了在離子液體參與下金屬氧化物的獨特生長機(jī)制

3、。用所得納米顆粒制成氣敏元件，對靈敏度、響應(yīng)恢復(fù)時間等性能進(jìn)行了測試，并探索了其氣敏工作機(jī)理。具體工作如下:
　　 (1)在離子液體前驅(qū)體芐基三甲基氫氧化銨(BTMAH)的輔助下制備了片狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米顆粒。研究了影響氧化鋅生長和形貌的因素，探索出反應(yīng)體系中不同鋅鹽含量、水含量等對氧化鋅生長規(guī)律的影響。并闡述了離子液體輔助下氧化鋅結(jié)構(gòu)的生長機(jī)制。同時對氧化鋅進(jìn)行了氣敏性能的測定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，元件的最佳工作溫度為240℃，材料對乙

4、醇?xì)怏w具有很高的靈敏度，在低濃度條件下依然保持較高的靈敏度。同時具有響應(yīng)恢復(fù)快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，對氣敏傳感領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。
　　 (2)在離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽([BMIM]Cl)輔助下成功制得了納米棒組裝微球結(jié)構(gòu)的氧化錫顆粒。研究了反應(yīng)時間和離子液體濃度對最終產(chǎn)物形貌的影響。通過對生長機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，離子液體在氧化錫納米顆粒生成過程中對形貌的演變和結(jié)構(gòu)的組裝起到了重要的作用。同時在氣敏性能的研究中，反應(yīng)時間

5、為10h的氧化錫材料表現(xiàn)出更高的靈敏度。通過對多種有機(jī)氣體的檢測，我們發(fā)現(xiàn)制備的氧化錫材料對不同的氣體均表現(xiàn)出良好的氣敏性能，可用于多類型的氣體檢測之中。
　　 (3)在離子液體前驅(qū)體芐基三甲基氫氧化銨(BTMAH)的輔助下制備了片狀結(jié)構(gòu)的氧化銅納米材料?？疾炝算~鹽含量和離子液體含量對所得樣品形貌的影響。研究發(fā)現(xiàn)，離子液體與水混合溶液的粘度的變化對氧化銅生長過程具有重大的影響。對材料的氣敏性能測試中，氧化銅對各種氣體均有良好的靈