【摘 要】
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近年来,气体传感技术飞速发展,越来越多的气体传感材料相继问世,其中半导体金属氧化物气体传感器具有灵敏度较高、成本较低、响应恢复速度快、具有长期稳定性和优异的选择性等优点,因此金属氧化物半导体成为制备气体传感器的主要材料。本论文主要采用模板法以及水热法制备出了基于ZnO以及SnO2的主-客体气敏材料,同时研究了所制备材料的相关综合气敏性能,具体研究内容如下:采用模板法和煅烧的方式,制备出一种新颖的单
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近年来,气体传感技术飞速发展,越来越多的气体传感材料相继问世,其中半导体金属氧化物气体传感器具有灵敏度较高、成本较低、响应恢复速度快、具有长期稳定性和优异的选择性等优点,因此金属氧化物半导体成为制备气体传感器的主要材料。本论文主要采用模板法以及水热法制备出了基于ZnO以及SnO2的主-客体气敏材料,同时研究了所制备材料的相关综合气敏性能,具体研究内容如下:采用模板法和煅烧的方式,制备出一种新颖的单分散的佛甲草花状有序介孔In2O3/ZnO主-客体复合材料。该材料的花状结构颗粒直径约为1.7μm,主要由厚度约为118 nm的纳米片自组装而成,花瓣表面分布着直径约为33.49 nm的有序介孔孔道。这种独特的花状多孔结构使复合材料拥有较大的比表面积,可达到93.644 m2g-1。在室温环境下,花状In2O3/ZnO气敏材料对H2S气体具有优异的气敏响应,对100 ppm硫化氢气体的响应高达10.2,约为纯ZnO基体响应的8.5倍。该材料对硫化氢气体的检出限低至1 ppm,同时还对硫化氢气体具有优异的气体选择性。采用水热法制备出具有规则正八面体结构的多孔ZnO/SnO2主-客体复合材料,八面体颗粒的粒径大小约为2-4μm。保持水热温度为150°C,探究了水热时间对所制备材料的形貌以及气敏性能的影响,当水热时间为16 h时,所制备的ZnO/SnO2气敏材料具有最大的比表面积,可达到90.913 m2g-1。该材料在200°C下对乙醇气体表现出优异的气敏响应,当乙醇气体的浓度为100 ppm时,基于该材料的气体传感器响应可到达17.8,且对1 ppm的乙醇气体响应仍能达到2.35,响应时间仅为2.3 s。该材料对乙醇气体具有良好的选择性。采用水热法和煅烧相结合的方式制备出具有风滚草状结构的多孔ZnO微米球,小球的直径约为8±2μm,比表面积可达到94.137 m2g-1。通过一系列的对比实验确定了ZnO微米球的最佳合成条件,并对所制备的ZnO微米球的形貌以及其对氮氧化物气体的气敏性能进行了分析测试。结果表明基于该材料的气体传感器在180°C下对100ppm氮氧化物气体的响应可达到80.3,检出限低至0.5 ppm,同时对氮氧化物气体具有优异的气体选择性和长期稳定性。
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