摻C介孔納米WO3纖維在不同外場作用下的氣敏性能及機(jī)理研究.pdf

1、近幾年來,室內(nèi)氣體污染日趨嚴(yán)重,各種有機(jī)揮發(fā)性氣體以及有毒有害氣體,比如甲醛和甲苯,嚴(yán)重?fù)p害人們的身體健康。因此,越來越多的研究者開始關(guān)注室內(nèi)氣體的監(jiān)測與凈化。對于室內(nèi)污染氣體的檢測,金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料因其性能和成本的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用,譬如ZnO、WO3、SnO2等。本文將以WO3作為基本的研究材料,通過用棉花為模板制備摻C介孔WO3纖維(簡稱為C-WO3),并從激發(fā)外場(熱場和光場)的角度結(jié)合氣敏機(jī)理進(jìn)行研究,比較系統(tǒng)的考察了該種

2、材料對典型的室內(nèi)污染氣體的氣敏性能,包括靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性以及濕度的影響。
　　通過對熱場作用下氣敏性能的研究,發(fā)現(xiàn)C-WO3對甲苯以及二甲苯這類芳香烴(不包括苯)具有極高的靈敏度,對50ppm甲苯和50ppm二甲苯的響應(yīng)值分別達(dá)到91和199,響應(yīng)值與測試氣體濃度基本成線性關(guān)系。這種性能的提升歸因于C-WO3較大的比表面積、特殊的介孔結(jié)構(gòu)以及禁帶寬度的縮小。此外,通過在不同濕度下測試氣敏性能,發(fā)現(xiàn)C-WO3具有一定的濕度穩(wěn)定

3、性,在86％的相對濕度下對50ppm甲苯響應(yīng)值仍有15。最后通過對比測試了其他典型室內(nèi)污染氣體(甲醛、苯、乙醇和甲烷)的氣敏響應(yīng),發(fā)現(xiàn)關(guān)于C-WO3對甲苯以及二甲苯還具有很高的選擇性,并從熱力學(xué)和動力學(xué)角度提出了選擇性的機(jī)理:選擇性來源于有機(jī)測試氣體在氣敏材料表面不同的吸附特性和氧化脫氫時(shí)所需要的能量大小。
　　通過用光場(可見光)激發(fā)C-WO3,初步探索了WO3室溫氣敏元件的特性;提出了與傳統(tǒng)不同的響應(yīng)定義方法,并將其與氣敏反應(yīng)

4、聯(lián)系起來。結(jié)果發(fā)現(xiàn),用白光激發(fā)C-WO3所得到的氣敏性能比用藍(lán)光激發(fā)的好,而且在一定范圍內(nèi)增大光強(qiáng)氣敏響應(yīng)值呈線性提升。通過在不同濕度下測試,發(fā)現(xiàn)濕度嚴(yán)重?fù)p害室溫下的光激發(fā)氣敏性能。在選擇性測試中,C-WO3對甲醛、甲苯和丙酮均表現(xiàn)出一定的響應(yīng),而對乙醇響應(yīng)很差。此外,在文中提出了光場作用下的氣敏機(jī)理:在光激發(fā)下,氣敏材料表面產(chǎn)生光生氧負(fù)離子[O2-(hv)],其與測試氣體發(fā)生氧化還原反應(yīng)釋放出電子,從而表現(xiàn)出氣敏響應(yīng)。并通過將C-WO