本文關(guān)鍵詞：α-Fe_2O_3@SnO_2核殼納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備及其氣敏性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：三氧化二鐵(a-Fe2O3)和二氧化錫(SnO2),歸功于其本身具有的各項獨特性質(zhì),在傳感、能源、環(huán)境等領(lǐng)域得到廣泛的開發(fā)研究。具體到氣敏研究領(lǐng)域,這兩類材料由于其自身獨特性質(zhì),一直受到研究人員的關(guān)注。在近些年來,基于這兩類材料的氣敏器件得到大量研究。通過對材料結(jié)構(gòu)和形貌的調(diào)控,研究人員詳細(xì)探討了器件的氣敏性能的變化。然而隨著科技進(jìn)一步發(fā)展,人們對氣敏器件的性能指標(biāo)提出了更高的要求。傳統(tǒng)采用的形貌調(diào)節(jié)等手段很難實現(xiàn)新的目標(biāo)�；谝陨媳尘�,研究人員提出全新思路,通過將不同材料的復(fù)合,利用不同材料之間的協(xié)同作用,如異質(zhì)結(jié)勢壘的變化,實現(xiàn)氣敏器件性能的大幅度改善。在這種思想指導(dǎo)下,多種以α-Fe2O3/SnO2復(fù)合材料氧化物作為敏感材料的氣敏器件被開發(fā)。通過詳細(xì)對比研究,研究人員發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料中,材料的形貌和結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出與單體材料有所不同的性質(zhì)。因此,為了進(jìn)一步研究分析此類復(fù)合材料的氣敏性能并進(jìn)一步加以改善,有必要采用較為溫和簡單的手段獲取不同結(jié)構(gòu)和形貌的α-Fe2O3/SnO2復(fù)合氣敏材料。基于上述研究背景,我們首次制備獲得α-Fe2O3@SnO2核殼異質(zhì)結(jié)納米管并作為敏感材料制作旁熱式氣敏元件,研究了該傳感器對丙酮氣體的敏感特性。本文中我們采用多次水熱的方法制備了異質(zhì)結(jié)α-Fe2O3@SnO2核殼納米管。首先水熱制備出α-Fe2O3納米管,離心分離干燥獲得純α-Fe2O3納米管樣品后,再次采用水熱法在α-Fe2O3納米管外部沉積一層SnO2納米顆粒層,從而形成α-Fe2O3@SnO2核殼納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)。該α-Fe2O3@SnO2復(fù)合材料表現(xiàn)出非常優(yōu)異的氣敏性能。對比純的α-Fe2O3納米管和SnO2納米顆粒,這種異質(zhì)結(jié)納米管對丙酮表現(xiàn)出了非常優(yōu)異的氣敏性能。在300℃的溫度下,該復(fù)合材料對100 ppm丙酮濃度的靈敏度高達(dá)33.4。該種材料具有很快的響應(yīng)速率和恢復(fù)速率,同時也表現(xiàn)出了優(yōu)異的氣體選擇性。我們基于該復(fù)合材料制作的氣敏元件分別對10ppm,50ppm,100 ppm濃度的丙酮進(jìn)行了3個暫態(tài)實驗測試,每個暫態(tài)測試持續(xù)4個循環(huán),發(fā)現(xiàn)該元件表現(xiàn)出優(yōu)秀的穩(wěn)定性和重復(fù)性。同時,我們還對器件在一個月內(nèi)對100 ppm的丙酮長期氣敏性能的穩(wěn)定性進(jìn)行測試,結(jié)果顯示該材料具有優(yōu)異的氣敏穩(wěn)定性。這也是材料未來進(jìn)一步實用化的重要基礎(chǔ)。除了多孔結(jié)構(gòu)和管狀結(jié)構(gòu)有利于氣體的吸附和傳輸外,異質(zhì)結(jié)的勢壘高度在不同氣氛中的變化可能是α-Fe2O3@SnO2復(fù)合氧化物傳感性能提升的主要原因。通過系統(tǒng)研究α-Fe2O3@SnO2核殼異質(zhì)結(jié)納米管的結(jié)構(gòu)、組份、尺寸對材料氣敏性能的影響,輔以對實驗數(shù)據(jù)的分析總結(jié),初步對此類二元復(fù)合異質(zhì)結(jié)氣敏材料的機理、性能進(jìn)行了研究分析。
【關(guān)鍵詞】：α-Fe_2O_3@SnO_2復(fù)合材料 異質(zhì)結(jié)構(gòu) 納米管 氣體傳感器
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O611.4;TP212
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 第1章 緒論10-26
• 1.1 引言10-11
• 1.2 氣體傳感器簡介11-17
• 1.2.1 氣體傳感器的發(fā)展歷史11
• 1.2.2 氣體傳感器的分類及性能11-17
• 1.3 金屬氧化物半導(dǎo)體材料在氣體傳感器中的應(yīng)用17-24
• 1.3.1 常見的金屬氧化物半導(dǎo)體敏感材料17-19
• 1.3.2 金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感的研究背景及其研究方法意義19-24
• 1.4 選題依據(jù)和研究內(nèi)容24
• 1.5 本章小結(jié)24-26
• 第2章 α-Fe_2O_3@SnO_2核殼納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)的合成及其氣體傳感性能研究26-43
• 2.1 引言26
• 2.2 實驗部分26-30
• 2.2.1 實驗藥品與實驗儀器26-27
• 2.2.2 敏感材料的制備27-28
• 2.2.3 表征與氣敏元件的制作及其性能測試28-30
• 2.3 結(jié)果討論30-42
• 2.3.1 敏感材料的形貌結(jié)構(gòu)表征30-36
• 2.3.2 α-Fe_2O_3@SnO_2的氣敏性能測試及討論36-42
• 2.4 本章小結(jié)42-43
• 第3章 總結(jié)與展望43-45
• 3.1 工作總結(jié)43
• 3.2 展望43-45
• 參考文獻(xiàn)45-53
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果53-54
• 致謝54

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本文編號：264546