生物模板法合成SnO2和WO3分级结构材料及其气敏性能研究

论文摘要

室内低浓度（ppb级）的甲醛、甲苯等空气污染气体给人们带来了严重的健康危害,急需对这些有毒有害气体进行实时检测与监测,因此研究和开发具有高敏感性能的金属氧化物半导体（MOS）气敏材料吸引了广泛地关注。本文以天然棉纤维为模板、乙二醇为溶剂,通过简单的溶剂热方法,得到了由超细纳米晶粒（3-5 nm）组成的介孔SnO2纤维;其对ppb级甲醛气体表现出超高敏感性能,最低检测浓度可以达到50 ppb。并且,传感器的灵敏度与气体浓度之间呈现出较好的线性关系,使该传感器在室内甲醛气体检测方面存在重大的潜在应用价值。通过改变焙烧温度发现:随着焙烧温度的增加,所得样品的晶粒尺寸和平均孔径尺寸都逐渐增加,而BET表面积和孔体积都逐渐减小。有趣地是,焙烧温度越高,传感器对甲醛气体的灵敏度也越高。我们从孔径尺寸对气体扩散影响的角度对所得结果给出了合理的解释。以棉纤维为模板、WCl6为钨源,通过简单的溶胶-凝胶法,制备得到了C-掺杂WO3微米管材料。由于其独特的多孔结构,该材料具有较大的BET比表面积（21.3 m2/g）。由于C掺杂作用,其光学禁带宽度减小为2.12 eV。通过测试其对ppb级甲苯气体的气敏性能发现:其对甲苯气体表现出超高敏感性能,最低检测浓度可以达到50 ppb,且具有低的最佳工作温度（90℃）,这大大提高了传感器的可靠性与稳定性。此外,我们从其独特的微米管结构角度解释了传感器气敏性能的提高;从C掺杂导致了能带减小和引入了新的中间能级的角度,解释了其最佳工作温度的降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 金属氧化物半导体材料的气敏机理
• 1.3 甲醛和甲苯气体敏感材料的研究现状
• 1.4 生物模板法合成半导体金属氧化物材料
• 1.5 本课题的选题思路及主要工作内容
• 2纤维的溶剂热合成及对ppb 级甲醛的气敏性能研究'>2 介孔SnO₂纤维的溶剂热合成及对ppb 级甲醛的气敏性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.3 结果分析与讨论
• 2.4 本章小结
• 2纤维的结构及气敏性能的影响'>3 焙烧温度对介孔SnO₂纤维的结构及气敏性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 实验结果与分析
• 3.4 本章小结
• 3微米管的合成及对甲苯气体的高敏感性能研究'>4 C-掺杂WO₃微米管的合成及对甲苯气体的高敏感性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 实验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文