ZnSnO3基复合材料的制备及对正丁醇气敏性能的研究

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随着工业化的飞速发展,愈来愈多的对人体有害的污染物被排放到空气中,使空气污染问题愈加严峻。各种各样的有毒有害和易燃易爆气体的排出,会导致疾病、爆炸、消防等事故的发生。空气污染除了严重威胁着人们的生命健康安全,也阻碍着社会进步和社会发展。由于意识到空气污染问题的严峻性,广大民众的环保意识不断增强,也更为注重对生态环境中各类污染源的检测。近些年来,越来越多的研究者们开始努力探究可以用来检测有毒有害和易燃易爆气体的高性能装置。基于具备灵敏度高、功耗低、体积小、做工简单等优势,气体传感器已成为了研究者们所关注的焦点,并广泛应用于气体检测领域中。本文以复合金属氧化物偏锡酸锌(ZnSnO3)为基体材料,分别采用原位沉淀法和水热法制备了Bi-ZnSnO3和NiO/ZnSnO3复合材料。采用XRD、SEM、TEM、BET和XPS等表征手段对样品材料的形貌、晶体结构和元素组成进行分析,加工制成气体传感器,检测其对正丁醇气体的气敏性能。气敏测试结果表明,这些手段明显优化了实际工作中基体材料的最佳工作温度高与选择性差的问题。除此以外,根据上述表征结果分析了相应的气敏机理。本文的研究结果如下:(1)通过原位沉淀法成功制备了Bi-ZnSnO3复合材料。结果表明:复合材料的形貌变化不大,仍然为表面多孔状材料,这增加了基体材料的比表面积,且提高了基体材料对正丁醇气体的气敏性能。测试结果表明:Bi-ZnSnO3(4wt%)复合材料的最佳工作温度为300℃,相比较纯ZnSnO3材料降低了50℃;对浓度100 ppm的正丁醇气体灵敏度为1450.65,是纯ZnSnO3材料的8.37倍。响应/恢复时间略有降低,且复合材料的响应值大大增加,并且具有优异的选择性和重复性。(2)采用水热法成功制备了NiO/ZnSnO3复合材料。结果表明,NiO和ZnSnO3在界面处形成p-n异质结,复合材料呈现层状结构,具有较大的比表面积。测试结果表明:当NiO含量为10 wt%时,NiO/ZnSnO3复合材料对正丁醇气体的气敏性能最好。NiO/ZnSnO3复合材料的最佳工作温度为350℃,与基体材料相比没有发生变化,对浓度100 ppm的正丁醇气体灵敏度为2467.10,是纯ZnSnO3材料的13.74倍,并且具有良好的长期稳定性,这些优异的性能使其在正丁醇气体检测中具有广阔的应用前景。
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