SnO2基纳米片的制备及其SO2气敏特性研究

被引量 : 0次 | 上传用户:wkan
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
工业领域的蓬勃发展,致使工业废气的排放成为威胁人类社会存在的重要因素。其中,二氧化硫(SO2)作为一种典型有毒有害的工业废气,会对人和环境产生极大的危害。因此,对SO2气体传感器进行深入研究是非常有必要的。金属氧化物半导气体传感器(MOS)因其价格低廉、灵敏度高、响应/恢复速度快、稳定性好等优点被广泛用作敏感材料用于各种气体的检测。SnO2因其高电子迁移率、低成本和良好的化学性能已被证明是一种最有前途的商业用半导体气敏材料,用于检测还原/氧化性气体。然而,在检测SO2气体的过程中,SnO2还存在一定的局限性,如:工作温度过高、响应值较低、气体检测下限过高等。本文针对以上不足开展研究,具体内容如下:(1)采用水热法制备出花状SnO2纳米片,纳米片大的比表面积和明显的边缘有利于气体吸附,从而降低传感器的检测下限。通过调控水热工艺中热处理温度(400℃、500℃、600℃)制备出了三组不同的花状SnO2纳米片,结果表明,当热处理温度为500℃时,纳米片网络间形成的孔洞有利于气体的传输,因此表现出最佳的气敏性能。该传感器在340℃时对于SO2气体的检测下限低至1 ppm,响应值为1.09,对5 ppm的SO2气体响应和恢复时间分别为18 s和23 s。(2)为了改善纯SnO2气体传感器工作温度高的问题,采用水热法制备Cu-SnO2纳米片,通过调控Sn Cl2与Cu Cl2的质量比成功制备出三组不同比例Cu掺杂的纳米片(1%Cu-SnO2、3%Cu-SnO2、5%Cu-SnO2)。结果表明,Cu2+取代到Sn4+的位置,导致SnO2晶格发生畸变,从而改变材料中载流子浓度、表面缺陷、表面活性等参数。其中,3%Cu-SnO2样品保留了具有相互连接结构的纳米片框架,大量的孔隙和丰富的边缘位点,为吸附活性位点和开放的气体传输通道提供了有利场所,因此该气体传感器具有最优的气敏性能。相比于纯SnO2气体传感器,Cu-SnO2气体传感器的最佳工作温度降至300℃,对于1 ppm SO2气体的响应值为1.41。(3)为了提高Cu-SnO2气体传感器对SO2气体的响应值,采用水热法制备Pr-SnO2纳米片,通过调控Sn Cl2与Pr(NO3)3的质量比制备出了三组不同比例Pr掺杂的纳米片(1%Pr-SnO2、3%Pr-SnO2、5%Pr-SnO2)。结果表明,Pr3+的掺入,抑制了SnO2晶体的生长,造成了Pr-SnO2纳米晶体尺寸的减小,进而提供更多气体分子的吸附位点和扩散途径。其中,1%Pr-SnO2样品表现为完整的纳米花簇状,其大的比表面积和大量的孔洞有利于提高气敏性能。因此,1%Pr-SnO2气体传感器的气敏性能最优异,在工作温度为300℃时,对1 ppm的SO2响应值达1.8,是纯SnO2气体传感器的1.65倍。
其他文献
近年来,随着越来越多国家和地区对环保和可持续发展的重视,绿色环保技术也备受大家的关注。紫外光固化技术作为一种绿色环保且高效的涂料技术也得到了快速的发展。但目前市面上的紫外固化涂料多用于纸张、木材,家具等室内环境中,为了使其应用领域更加广泛,研发一种适用于室外耐候的紫外光固化涂料是十分必要的。本论文以两官能度聚氨酯丙烯酸酯(PUA2)为主,四官能聚氨酯丙烯酸酯(PUA4)和六官能聚氨酯丙烯酸酯(PU
学位
碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al基复合材料),因其具有优异的物理化学性能,在航空航天、交通工具制造、先进武器研发与制造、精密电子元件制造、电子封装领域等展现出极为广阔的应用前景。SiCp/Al基复合材料界面的结合强度是影响其物理化学性能的重要因素,本文从微观角度出发,研究基体材料Al与增强体颗粒SiC的界面结合情况与润湿性,探究合金元素(Ni、Cu)掺杂的情况下对基体材料Al在增强体颗粒
学位
随着5G通信、精确制导和军用雷达无线电技术的发展,电磁辐射吸收是保护军事设施、民用设备和人类健康的重要前提。目前,人们已经努力制造用于电子信息安全、反侦察隐身和人类健康保护的高性能电磁波吸收剂,但大多数吸波剂仍然受到合成工艺繁琐、制备成本高、阻抗不匹配、弱衰减能力等问题的困扰,进一步阻碍了先进吸波材料的广泛应用。相比之下,从自然资源转化而来的生物质碳材料更环保且易大量获取,利用高温裂解法和碱活化工
学位
热处理在现代机器制造业中具有重要的地位,国际工业界公认为热处理技术水平的高低是决定机器制造业产品性能先进性的关键因素之一,因此研究试验材料的热处理工艺参数对其力学性能的影响,确定合适的热处理工艺,对提高产品的使用寿命和可靠性具有重要的意义。本文以石油机械用40CrMoNbVTi钢为研究对象,利用热处理实验、力学性能实验、XRD物相分析、金相组织及扫描电镜断口形貌观察与分析,研究了实验材料奥氏体化加
学位
在“双碳”背景下,A356铝合金凭借其优异的铸造性能,较低的密度和较高的比强度,可成型为精密复杂的工件同时又可迎合绿色节能政策,从而在航空航天、汽车领域有着十分广泛的应用。而随着科技的不断发展,对工件的综合力学性能要求日益提高,被用于关键零部件的传统A356铝合金往往不能够达到较高的强度和优异的抗疲劳性能。本文采用原位反应制备颗粒增强A356铝合金,研究不同原位制备方法对复合材料微观组织的影响,探
学位
钛合金因其优异的综合性能,被广泛应用于航空航天、船舶、医疗卫生等领域。但是在复杂海洋环境中钛合金材料面临复杂的磨损、腐蚀问题时所表现出的性能并不理想,制约了钛合金在海洋环境中更为广泛的应用。微弧氧化(MAO)技术作为一种溶液环保、操作简单、可以在金属表面原位生长一层拥有多孔形貌的高硬度致密金属氧化物涂层,有助于提升金属的腐蚀防护性能与耐磨性。氟碳树脂(FEVE)既有良好耐蚀性、耐污性,同时对于一些
学位
光催化降解技术在过去几十年里已经逐渐成为一种先进的氧化技术,其通过吸收光能使染料降解而备受关注。除了光以外,振动能也是自然界的一种新型清洁能源,例如水的流动产生的振动能等。压电催化作为一种新型催化方式,可以通过压电效应实现污染物的降解,在这一过程中将振动能转化为电能。在振动时会引起材料的弯曲形变,从而在材料的两侧出现正负电荷,正负电荷将会与溶液中氧气和氢氧根反应生成活性物,最后使染液降解,这一新型
学位
镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度的特性,因此在航空航天、3C数码、生物医疗及军事装备领域具有广阔的应用潜力。镁锂合金作为最轻的金属材料既大幅提高了材料的比强度也显著改善镁合金塑性,但镁锂合金绝对强度过低严重限制了在工程结构材料领域的应用。现阶段镁锂合金中常见的复合材料增强体由于存在易时效转化、界面结合欠佳或颗粒分散性差等问题导致强韧化效果并不理想。近年在Mg合金中发现一种依附基体层错(SFs)
学位
压电材料是一种能够实现机械能和电能相互转换的电子功能材料,在各种压电器件中发挥着重要作用。织构压电陶瓷相比于普通压电陶瓷具有高的压电常数,且不存在压电单晶的成分偏析问题。目前,大多数织构陶瓷采用模板晶粒生长法(Templated Grain Growth,简称TGG)制备,但现有模板制备工艺繁琐、成本偏高、无法大批量生产。本文旨在利用共晶凝固层片生长原理,实现钛酸盐模板的快速制备,探究了共晶凝固工
学位
火箭发动机的喉衬部件在服役过程中不仅受到高温高速气体的氧化侵蚀,还承受着强烈的力学冲击和热应力。因此开发可服役超过2000℃的喉衬材料成为目前的研究难题。目前研究的NbMoTaW难熔高熵合金(RHEAs)拥有优异的高温强度,但是高温下抗氧化性能差成为限制其应用的关键。针对这一问题,本课题以NbMoTaW RHEAs作为研究对象,通过真空感应悬浮熔炼工艺微合金化Si来提升NbMoTaW RHEAs的
学位