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本文首先在对气敏传感器的发展、分类、应用以及传感器的结构、工作原理、气敏机理作了较全面的总结和评述的基础上,对目前应用最广泛,最具开发前景的纳米SnO2气敏材料的制备方法和气敏机理进行了系统的总结与评述,首次采用柠檬酸溶解—热解法合成了纳米SnO2粉体。并以此为主线开展了本论文的研究工作。
通过FTIR、TGDTA、XRD、TEM、SEM等手段对柠檬酸溶解—热解法合成的纳米SnO2粉体进行了表征。通过FTIR、TGDTA、XRD等手段对其中间产物进行了初步分析,并在此基础上初步提出了该方法合成的反应机理。进而将该方法制备的SnO2粉体按传统方式制备成气敏元件,采用静态配气法在气敏测试仪上对其气敏性能进行研究。又先后采用目前合成纳米SnO2粉体最常用的共沉淀法和柠檬酸Sol-Gel法合成纳米SnO2粉体,与柠檬酸溶解热解法合成的纳米SnO2粉体进行对比研究,以考查柠檬酸溶解热解法合成纳米SnO2粉体在合成工艺,生产成本,产物颗粒大小以及气敏性能等方面的优缺。
通过实验研究表明:采用柠檬酸溶解热解法合成纳米SnO2粉体具有生成工艺简单,生产成本低,环境污染小,有利于工业化生产等特点,为纳米SnO2粉体的合成开辟一条新途径;通过对合成粉体的TEM观察分析,发现该方法合成的SnO2粉体粒径在5~10nm之间,对该粉体制备的元件进行SEM分析,发现元件表面呈凹凸型,多孔状,这对提高元件的气敏性能极为有利;通过对该方法合成SnO2粉体对乙醇、Cl2、CO、液化石油气的气敏性能研究发现:采用该方法合成的纳米SnO2粉体具有检测浓度低,灵敏度高,响应恢复时间短,选择性好,工作温度范围广等优良性能,尤其在室温下对0.001%的Cl2具有较高的灵敏度和选择性,本论文对其气敏机理作了初步的探讨。
在此基础上对溶解—热解法制备的纳米SnO2粉体进行了CuO掺杂,初步研究其CuO掺杂后的气敏性能。实验结果表明:采用柠檬酸溶解热解法制备的SnO2粉体CuO掺杂物对0.001%的H2S在低温下表现出很高的气敏性能。