Co3O4基納米纖維及其氣敏特性研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、Co3O4是一種禁帶寬度為1.5eV(常溫下)的p型半導(dǎo)體氧化物,具有良好的氣敏、電化學(xué)、催化及電磁特性,被廣泛應(yīng)用在氣敏元件、超級電容器、電池、催化劑及電磁材料等領(lǐng)域中。近年來,人們對納米材料領(lǐng)域的研究達(dá)到了熱潮,尤其是一維納米材料,它具有大的比表面積和特殊的電子傳導(dǎo)效應(yīng),因此在氣敏傳感器領(lǐng)域中具有極大的借鑒價(jià)值。由于制備Co3O4納米材料的方法很多,而本課題采用靜電紡絲法制備形貌可控的Co3O4一維納米纖維,它具有的氣敏性能在實(shí)際應(yīng)

2、用中還存在著很多問題,為了改善其氣敏性能,我們對純的Co3O4納米纖維進(jìn)行了金屬元素?fù)诫s、納米粒子表面修飾等。
  本文采用靜電紡絲法制備形貌可控的Co3O4基納米纖維,并通過金屬元素?fù)诫s和納米粒子表面修飾,來改善Co3O4的氣敏性能,還利用SEM、TEM、XRD對材料的形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。通過研究得出以下結(jié)論:
  (1)以聚乙烯醇(PVA)為基體在紡絲制備Co3O4納米纖維過程中對主要影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)探討,實(shí)驗(yàn)表明:P

3、VA濃度為7%,放絲電壓為9kV,PVA與無機(jī)鹽質(zhì)量比為1∶1.3,接收距離為20cm、燒結(jié)溫度為500℃,升溫速度為2~5℃/min時(shí),能夠制備出形貌可控的Co3O4納米帶,并無序交織地分布在襯底上。
  (2)以PVA為基體通過電紡絲制備純的和金屬元素(Al、Sn、Fe、In)摻雜Co3O4納米纖維,并對相應(yīng)摻雜金屬元素SEM圖對比,發(fā)現(xiàn)在燒結(jié)前后發(fā)生了明顯的變化,由納米線變成了納米帶。通過氣敏測試系統(tǒng)對不同摻雜元素、摻雜量進(jìn)

4、行分析發(fā)現(xiàn):Al、Sn摻雜量分別為5at.%、7at.%時(shí),對酒精氣體的氣敏性能較好,工作溫度都是250℃;Fe、In摻雜量分別為3at.%、7at.%時(shí),對H2S氣體的氣敏性能有明顯改善,二者的選擇性也比較好,前者的工作溫度為250℃,后者的工作溫度為230℃,說明In摻雜能夠降低Co3O4氣敏傳感器的工作溫度。
  (3)以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為基體在紡絲的過程中,研究表明:PVP濃度為5.5%、紡絲電壓為9kV、PVP與

5、無機(jī)鹽的質(zhì)量比為1∶1.75、接收距離為20cm、燒結(jié)溫度為500℃時(shí),能夠制備出多孔結(jié)構(gòu)、無序交織的納米線。
  (4)以PVP為基體通過電紡絲制備純的Co3O4納米纖維,并利用CuO、ZnO納米粒子對納米纖維進(jìn)行表面修飾,對修飾前后的納米纖維通過SEM、XRD、氣敏測試系統(tǒng)對形貌、結(jié)構(gòu)、氣敏性能進(jìn)行表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn),CuO、ZnO納米粒子最佳修飾時(shí)間分別為20min、1h,修飾后納米纖維表面粗糙,且出現(xiàn)了很多顆粒,說明CuO、Z

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