【摘 要】
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二甲苯是一种工业生产中广泛使用的溶剂与重要的化工原料,因此生产中残留的二甲苯容易进入随产品进入到人们的生活中。二甲苯具有刺激性与致癌性的特点,在2017年被世界卫生组织列入三级致癌物。环境中少量的二甲苯和甲苯已知会使得接触的眼睛、鼻子和皮肤部分发炎并诱发如头痛、疲劳等等类似的症状。随着人们生活水平的提高,对健康问题的关注更加深入。由于金属半导体气体传感器对大气中住宅里的致癌物质的监控,有着操作便捷
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二甲苯是一种工业生产中广泛使用的溶剂与重要的化工原料,因此生产中残留的二甲苯容易进入随产品进入到人们的生活中。二甲苯具有刺激性与致癌性的特点,在2017年被世界卫生组织列入三级致癌物。环境中少量的二甲苯和甲苯已知会使得接触的眼睛、鼻子和皮肤部分发炎并诱发如头痛、疲劳等等类似的症状。随着人们生活水平的提高,对健康问题的关注更加深入。由于金属半导体气体传感器对大气中住宅里的致癌物质的监控,有着操作便捷、易于携带以及快速检测等特点,使得气体传感器得到了充分且广泛的研究。经典的金属半导体气体传感器,例如Zn O、Sn O2、In2O3、WO3等n型半导体与Ni O、Co3O4等p型半导体,逐渐的满足不了人们对高响应、低工作温度、低检测限、复杂工作环境气体传感材料的需求。Ni O作为一种常见的检测二甲苯的气体传感材料,有着巨大的研究空间。气体传感反应涉及到气体的吸附与反应以及材料本体的载流子密度变化,更活跃的反应活性与更大的载流子浓度变化意味着更高的气敏响应值。由于半导体气体传感材料的表面状态与本征性质从根本上决定气敏响应值,因此我们通过开发新材料与旧材料改性两种方法改性Ni O。本论文研究包含以下两个部分:1:我们通过水热合成法与煅烧法两步合成了系列锗酸盐材料M2Ge O4（M=Mn、Fe、Co、Ni、Zn）,筛选出镍基材料锗酸镍是一种二甲苯检测的高性能气体传感材料。锗酸镍在280℃下对100 ppm二甲苯响应值为7.0,最低检测限可到100 ppb。并通过费米能级、禁带宽度的比较与相应的气体传感测试,确定具有较低费米能级与合适禁带宽度有利于气体传感反应的进行。2:我们通过LDH合成辅助的方法合成了大比例In掺杂的Ni O超薄片,通过比较不同的掺杂比例材料的气体传感性能,确定了最佳的比例。该材料在保留了LDH的形貌特征与镍基材料对二甲苯的响应特点,在160℃时对10 ppm二甲苯响应达到9,且最低检测限为100 ppb。由于独特结构特点,材料中Ni皆以+3价形式存在,且材料的表面吸附氧比例大幅增加。研究表明,材料表面吸附氧比例是优化二甲苯传感性能的重要因素。
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