復(fù)合氧化物和氧化鋅摻雜一維材料在化學(xué)傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用研究.pdf

1、本論文首先對(duì)納米氣敏材料和半導(dǎo)體氣體傳感器進(jìn)行了詳細(xì)的綜述,隨后探究了摻雜 ZnO一維納米材料、HoCrO3納米材料和石墨烯-SnO復(fù)合材料的制備方法及氣敏性能。主要內(nèi)容包括:溶劑熱法(無(wú)水乙醇)制備 ZnO摻雜一維納米材料;共沉淀法和溶膠凝膠法(Sol-gel)制備 HoCrO3納米材料;尿素分解水熱法制備石墨烯-SnO復(fù)合材料。檢測(cè)以上三種材料制作的氣體傳感器對(duì)甲醛、氨氣、三甲胺、乙酸等氣體的氣敏性能,具體內(nèi)容如下:
　　首先

2、采用溶劑熱法制備 La3+、Cu2+摻雜 ZnO一維材料,將材料制作成旁熱式氣敏傳感器,詳細(xì)研究了各摻雜離子的摻雜比例、溶劑熱溫度及時(shí)間長(zhǎng)度對(duì) ZnO氣敏性能的影響;考察了ZnO納米棒、La3+摻雜 ZnO納米棒和Cu2+摻雜 ZnO納米棒元件的氣敏性能。結(jié)果表明:通過(guò)溶劑熱法制備的摻雜 ZnO粉體材料為納米棒狀結(jié)構(gòu),棒長(zhǎng)度和直徑隨摻雜離子比例不同發(fā)生變化。6％ mol La3+摻雜 ZnO(120℃,10 h)樣品對(duì)應(yīng)氣敏元件對(duì)丙酮表

3、現(xiàn)出很高的靈敏度,當(dāng)工作溫度為425℃時(shí),元件對(duì)(1×10–1)%(體積分?jǐn)?shù))和(1×10–6)%的丙酮靈敏度分別為1718和2.4;對(duì)(1×10–6)%丙酮的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別為16 s和3 s;3% mol Cu2+摻雜 ZnO(120℃,10 h)樣品對(duì)應(yīng)元件對(duì)低濃度的乙醇有較高的靈敏度,在395℃的工作溫度下對(duì)(1×10–1)%乙醇的靈敏度為380,響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間分別為5 s和40 s;對(duì)(1×10–4)%乙醇靈敏度可達(dá)4.2

4、。
　　同時(shí)將葡萄糖氧化酶(GOx)、Ni2+摻雜 ZnO納米棒和Pt電極一起組裝成GOx/NiO-ZnO/Pt生物傳感器,在一定濃度的葡萄糖溶液中研究了此類(lèi)生物傳感器的電化學(xué)響應(yīng)特性?？疾炝薔i2+摻雜 Zn2+摩爾比例、pH值、溫度、掃速和電位等參數(shù)對(duì)生物傳感器性能的影響。結(jié)果表明:在優(yōu)化條件下,自組裝葡萄糖生物傳感器所測(cè)電化學(xué)氧化峰電流與葡萄糖溶液的濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,線性范圍為0.5~8.0 mM,對(duì)葡萄糖溶液的靈敏度

5、高達(dá)61.78μA/ mM cm2,響應(yīng)時(shí)間<5 s。
　　通過(guò)共沉淀法制備 HoCrO3前驅(qū)體,將前驅(qū)體在不同條件下進(jìn)行熱處理得到HoCrO3納米粉體,采用X射線衍射儀和掃描電鏡對(duì) HoCrO3納米粉體的晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌進(jìn)行了表征。對(duì)用HoCrO3制作的元件進(jìn)行氣敏性能測(cè)試,研究不同熱處理?xiàng)l件對(duì) HoCrO3氣敏性能影響。HoCrO3(800℃,2 h)樣品元件對(duì)三甲胺氣體具有較高的靈敏度、良好的選擇性和穩(wěn)定性,元件檢測(cè)限較低

6、,對(duì)(1×10–5)%的三甲胺靈敏度為3。同時(shí)采用溶膠凝膠法(Sol-gel)制備 HoCrO3前驅(qū)體,將前驅(qū)體在不同條件下進(jìn)行熱處理得到 HoCrO3納米粉體,考察了溶膠凝膠法制備的HoCrO3氣體傳感器對(duì)氨氣、三甲胺、甲醛等十八種氣體的氣敏性能。結(jié)果表明:Sol-Gel-HoCrO3(800℃,2 h)樣品元件較共沉淀 HoCrO3(800℃,2 h)樣品元件對(duì)三甲胺氣體具有更高的靈敏度和更低的檢測(cè)限。在150℃的工作溫度下對(duì)(1×

7、10–1)%和(1×10–6)%的三甲胺靈敏度分別為1012.3和2.2。由此可見(jiàn) HoCrO3對(duì)檢測(cè)三甲胺而言是一種很有應(yīng)用前景的半導(dǎo)體氣敏材料。
　　通過(guò)尿素分解水熱法制備石墨烯-SnO復(fù)合材料,研究石墨烯摻雜比例及水熱處理溫度對(duì)石墨烯- SnO氣體傳感器氣敏性能的影響,以及石墨烯-SnO氣體傳感器對(duì)甲醛、氨氣、三甲胺等九種氣體的氣敏性能。結(jié)果表明:1 wt%石墨烯-SnO(100℃,10 h)樣品對(duì)甲醛具有良好的氣敏性能,檢