【摘要】：層狀材料因自身的各向異性而具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),從而為人們提供了廣闊的應(yīng)用前景。作為層狀材料中的一員,鉍基化合物因其低毒性、穩(wěn)定性等特性已逐漸成為材料、物理、化學(xué)等領(lǐng)域的明星材料。近年來(lái),鉍基納米材料在熱電、光催化、傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用成為科研工作者關(guān)注的重點(diǎn)。盡管如此,目前鉍基納米材料在傳感器的領(lǐng)域研究仍相對(duì)較少。本文以鉍基化合物及其相應(yīng)異質(zhì)結(jié)復(fù)合物為研究對(duì)象,旨在借助制備過(guò)程簡(jiǎn)單的原位合成方法,獲得形貌規(guī)整、尺寸均一的納米材料,并利用其作為敏感材料,探究氣敏元件的組成、結(jié)構(gòu)等與乙醇?xì)怏w傳感性能的關(guān)系。具體研究結(jié)果如下:1.利用簡(jiǎn)單的一步水熱法合成了結(jié)晶性良好的Bi_2S_3納米線,并詳細(xì)解釋了液相條件下納米線的生長(zhǎng)機(jī)理,并采用不接觸、不損傷樣品的表面光電壓技術(shù)探究Bi_2S_3納米線對(duì)乙醇的響應(yīng)性能。研究發(fā)現(xiàn),常溫下的Bi_2S_3納米線對(duì)乙醇?xì)怏w的響應(yīng)要強(qiáng)于傳統(tǒng)的粉末材料,且基于Bi_2S_3納米線的表面光電壓傳感器在低濃度乙醇?xì)夥罩腥跃哂懈叩捻憫?yīng)和良好的選擇性。2.基于第二章工作中,一維納米材料可實(shí)現(xiàn)器件良好的響應(yīng)性能的基礎(chǔ)上。為進(jìn)一步提高材料的響應(yīng)性能、降低傳感器的功耗,本章欲通過(guò)構(gòu)筑n-n同型異質(zhì)結(jié)獲得比表面積大的敏感材料,同時(shí)結(jié)合電阻型氣體傳感器的優(yōu)勢(shì)來(lái)構(gòu)筑定量且性能優(yōu)異的乙醇?xì)饷粼�。首先合成Bi_2WO_6微球,隨后采用簡(jiǎn)單的一步原位離子交換法合成出Bi_2S_3/Bi_2WO_6異質(zhì)結(jié)微球,緊接著制備出基于不同組份比Bi_2S_3/Bi_2WO_6復(fù)合材料的氣敏元件,并首次探索基于Bi_2S_3/Bi_2WO_6復(fù)合微球氣敏元件對(duì)乙醇?xì)怏w的響應(yīng)。研究表明,基于該復(fù)合異質(zhì)結(jié)微球的氣敏元件對(duì)乙醇?xì)怏w有良好的選擇性。與大多數(shù)報(bào)道的290°C以上工作溫度的研究成果相比,該工作制備的Bi_2S_3/Bi_2WO_6異質(zhì)結(jié)氣敏元件的最佳工作溫度為210°C,有明顯降低趨勢(shì)。其中Bi_2WO_6與硫源TAA的摩爾比為2:10時(shí)所得的Bi_2S_3/Bi_2WO_6為最佳組份。在相同條件下,對(duì)50 ppm乙醇響應(yīng)性能最佳響應(yīng)值為15.0。響應(yīng)-恢復(fù)時(shí)間為6 s和8 s且低濃度下有良好的線性相關(guān)性可用于定量檢測(cè)。3.由于p-n結(jié)是構(gòu)筑眾多器件的基礎(chǔ),通過(guò)構(gòu)筑p-n異型結(jié)獲得比表面積大且體電阻大的敏感材料,同時(shí)結(jié)合傳統(tǒng)電阻型氣體傳感器的優(yōu)勢(shì)來(lái)構(gòu)筑性能優(yōu)異的乙醇?xì)饷粼�。以BiOI為前驅(qū)體,采用原位離子交換法合成具有不同組分比Bi_2WO_6/BiOI復(fù)合微球,并首次對(duì)其進(jìn)行氣敏性能測(cè)試。研究表明,基于Bi_2WO_6/BiOI復(fù)合材料氣敏元件也對(duì)乙醇?xì)怏w有良好的選擇性。但是,不同的氣敏元件有不同的最佳工作溫度和靈敏度。其中,70%Bi_2WO_6復(fù)合物所構(gòu)成的氣敏元件對(duì)50 ppm乙醇的靈敏度最高,響應(yīng)可達(dá)13.9。雖然該氣敏元件的最佳工作溫度(290℃)相比已報(bào)道的Bi_2WO_6氣敏元件并未降低,但該傳感器的性能(如靈敏度和選擇性)均有所提高。同時(shí),對(duì)氣敏響應(yīng)及響應(yīng)增強(qiáng)的機(jī)理做了相關(guān)解釋。
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1
【圖文】：

算機(jī)或人類運(yùn)用，達(dá)到氣體檢測(cè)[2]、光譜法[3]、比重法[4]、折射法、便于攜帶、容易實(shí)現(xiàn)原位測(cè)量論在敏感材料的選擇、制作方法因此高性能氣體傳感器的開(kāi)發(fā)仍述型分類方式，目前尚未有嚴(yán)格的標(biāo)劃分為以下幾種類型：半導(dǎo)體型集成復(fù)合型、其他類型[6-7]。如圖

類型氣體傳感器在材料、元件及性能方面具態(tài)器件，體積小功率小，結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單、形貌和組成進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整。（3）響應(yīng)快器憑借這些優(yōu)點(diǎn)在眾多氣體傳感器中得到了體傳感器分類器依據(jù)工作機(jī)理的不同可分為電阻和非電阻感器。電阻式根據(jù)檢測(cè)方式的不同分為體控：厚膜、燒結(jié)、薄膜型。 非電阻式可分為二：

同年第一個(gè)基于 ZnO 半導(dǎo)體薄膜的氣體傳感器也ver[12]在研究中發(fā)現(xiàn)，表面沉積少量Pt的WO3薄膜，就可達(dá)到 WO3對(duì) H2靈敏度和選擇性的效果，這項(xiàng)工作為提高半導(dǎo)體金元件的實(shí)用化開(kāi)辟了新的里程碑。隨著科技的進(jìn)步，科研工金屬氧化物的氣敏性能，常見(jiàn)的有幾種：SnO2、ZnO、、CeO2、Fe2O3、NiO、TiO2等[13]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 周志剛;胡木林;李鄂勝;;金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器穩(wěn)定性研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 徐本燕;鉍基有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合光催化材料的制備及其光催化性能研究[D];山東大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2745531