生物模板法氧化物敏感材料的制备及其气敏特性研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jessiemaa18
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气体传感器广泛应用在大气污染气体、有毒有害气体、易燃易爆气体的检测上。在各种气体检测方法中,半导体氧化物气体传感器受到极大重视,作为核心部分,半导体氧化物的成分、形貌结构等对气敏性能提升有直接相关性,多孔分级结构是气敏材料的理想结构。然而由于合成工艺和技术的限制,构筑多孔分级结构存在较多问题,如结构简单、类型单一、缺乏一致性和有序性等。生物模板法以大自然中纷繁多样的物种为模板,利用表面特定化学官能团在合成过程中的诱导或限制,完好复制模板形貌、微观结构,获得高度分级多孔、一致性、有序性的新材料。本论文采用生物模板法制备氧化物敏感材料,并研究其气敏性能。论文包括如下工作:以脱脂棉为模板,结合溶剂热、超声、浸渍等多种制备工艺,制备纤维状Sn02材料。表征其形貌结构,同时测试了不同方法制备的Sn02材料的气敏性,以浸渍法制备的材料对乙醇有较高的敏感性。在脱脂棉模板浸渍法的基础上合成出不同浓度Ce02复合Sn02基材料,利用对其进行TG/DSC、XRD、SEM、EDS、TEM、BET、FTIR表征,气敏性测试表明掺入Ce提高了材料的丙酮敏感性,分析复合材料敏感机理。以油菜花粉为模板制备表面三维多孔骨架网状Sn02以及A1掺杂材料,对其微观结构、成分进行表征,测试材料的乙醇敏感性,实验结果表明掺杂A1提高了材料的乙醇敏感性、选择性同时降低了工作温度。以柚子皮为模板制备褶皱片层膜状Sn02材料,并表征其形貌、微观结构、电子态等,研究模板化合成机理,测试材料对甲醛的气敏性,结果表明材料对甲醛气体具有低的工作温度和高的响应值、选择性、稳定性,同时湿度对其敏感性有影响。对柚子皮模板Sn02材料进行不同浓度贵金属Pd掺杂,对其微观结构、电子态等进行表征,甲醛气体气敏测试结果显示掺杂降低材料的工作温度,对掺杂后敏感机理进行研究。以柚子皮为模板制备W03材料,对模板化合成机理进行探究,表征其微观特性,测试其气敏性,结果表明材料对甲苯气体具有高的响应值、选择性。从XRD、SEM、EDS、BET、平均粒径、孔径分布、孔隙率等角度对上述三种模板制备Sn02材料进行对比分析,初步阐述了生物模板法制备材料的模板化合成过程。同时对比不同模板制备Sn02材料的气敏特性,包括敏感气体、响应值、最佳工作温度、选择性、长期稳定性等,并从表面结构、粒径、孔道、比表面积等方面对Sn02材料气敏性的差异给出初步解释。
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