多孔氣敏性氧化物納米材料的制備與應(yīng)用研究.pdf

1、半導(dǎo)體氧化物氣體傳感器發(fā)展至今已有很長歷史，提高敏感性能一直是其研究所追求的目標(biāo)。特別是靈敏度和選擇性，它們是制約傳感器實(shí)際應(yīng)用的兩個(gè)重要因素。如何從根本上改善氣體傳感器的靈敏度以及提高選擇性，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物的低檢測(cè)限和定性識(shí)別依然是目前傳感器研究的熱點(diǎn)之一。納米材料的出現(xiàn)以及納米科技的發(fā)展為傳感器敏感性能的改善提供了新的契機(jī)。近年來，半導(dǎo)體氧化物納米材料的氣敏性研究越來越受到人們重視，其中多孔結(jié)構(gòu)的納米材料因具有更大的活性表面積而倍受關(guān)

2、注。合成具有多孔結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體氧化物納米材料來制作氣敏元件，對(duì)提高傳感器敏感性能具有非常重要的意義。 本論文主要是在合成多孔氧化物納米材料的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察了它們的氣敏特性及其它相關(guān)性質(zhì)。此外，以多孔氧化物為氣敏材料設(shè)計(jì)制作了一種結(jié)構(gòu)新穎的傳感器件，通過與氣相色譜分離柱聯(lián)用，探索并提出了彌補(bǔ)氣體傳感器在實(shí)際檢測(cè)中存在選擇性不足的新方法。主要內(nèi)容如下： 一、水熱法合成了類堿式碳酸鎘化合物納米線；以其為前驅(qū)體，在空氣中高溫煅

3、燒首次制備了多孔氧化鎘納米線。詳細(xì)研究了前驅(qū)體形貌及組分隨煅燒溫度的變化，提出了氧化鎘納米線多孔結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制。此外，氣敏性研究表明：由多孔氧化鎘納米線制作的傳感器對(duì)低濃度的氮氧化物(NOx)表現(xiàn)出良好的氣敏性能。檢測(cè)限低，對(duì)1ppm的NOx仍然有明顯的敏感響應(yīng)；擁有高的信噪比；同時(shí)具有良好的選擇性，對(duì)有機(jī)體還原性氣體幾乎沒有明顯的響應(yīng)；且功耗低，工作溫度僅約為100℃。光學(xué)性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)：多孔氧化鎘納米線的PL譜呈現(xiàn)出發(fā)射波長隨激發(fā)波長

4、的增加而紅移；對(duì)于UV-vis吸收光譜，在505nm處有一個(gè)較寬的吸收峰。 二、合成了單分散、粒徑大小可控的碳質(zhì)納米粒子。以碳質(zhì)納米粒子為模板，成功地制備了多孔結(jié)構(gòu)的氧化銦納米空心球。表征結(jié)果顯示：In2O3納米球大小約為200nm；殼層厚約30nm，由粒徑大小約為6-13nm的In2O3納米晶和納米孔組成。與實(shí)心納米球相比，獨(dú)特的空心和多孔結(jié)構(gòu)的In2O3納米球有利氣體分子的擴(kuò)散，同時(shí)應(yīng)具有較大的活性表面積。氣敏性研究表明：它

5、們對(duì)乙醇、甲醇、丙酮和乙醚等有機(jī)揮發(fā)性氣體表現(xiàn)出良好的氣敏響應(yīng)特性，如高靈敏度、低檢測(cè)限和可逆性，充分體現(xiàn)了多孔納米材料在提高傳感器氣敏性能中的作用。此外，為了理解多孔In2O3納米空心球的良好氣敏性能，提出了其氣敏響應(yīng)模型。光學(xué)性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)：在309nm處多孔In2O3納米空心球有一個(gè)強(qiáng)的紫外吸收峰；同時(shí)，與已報(bào)道的In2O3納米材料類似，在室溫下也表現(xiàn)出熒光性質(zhì)。 三、為間接實(shí)現(xiàn)氣體傳感器在混合樣品檢測(cè)中的選擇性(即對(duì)待測(cè)物

6、定性識(shí)別)，提出了氣相色譜柱和氣體傳感器聯(lián)用技術(shù)。以多孔氣敏性氧化物為敏感材料，設(shè)計(jì)制作了一種結(jié)構(gòu)新穎的傳感器件應(yīng)用為氣相色譜檢測(cè)器。通過對(duì)甲醇、乙醇、異丙醇以及它們混合樣品的測(cè)試，成功地證實(shí)了氣相色譜柱和氣體傳感器聯(lián)用技術(shù)的可行性以及獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)?；诓煌瑵舛燃状?、乙醇、異丙醇以及它們混合樣品的測(cè)試，初步探討氣體傳感器對(duì)各組分響應(yīng)的靈敏度與濃度關(guān)系。結(jié)果表明氣體傳感器用作氣相色譜檢測(cè)器對(duì)樣品的定量分析也具有一定的參考價(jià)值。通過研究柱前壓和