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SnO2纳米纤维的制备及气敏特性研究

2020-12-14阅读(738)

SnO2纳米纤维的制备及气敏特性研究

论文摘要

SnO2是一种宽带隙(3.6eV)的N型半导体,具有优异的光电特性、催化和气敏特性,因而在透明导电薄膜、传感器、锂电池、太阳能电池、催化剂以及光学技术等方面具有广泛的用途,尤其是在气敏传感器领域,由于其具有寿命长、成本低等特点,目前商品化气敏元件大部分由SnO2制成。然而SnO2作为气敏材料在灵敏度和选择性方面并不理想,材料的纳米化和掺杂化是提高气敏特性的两种有效手段。本文采用静电纺丝法制备了SnO2纳米纤维,并对其进行了不同金属元素的掺杂,并采用SEM、XRD、Raman光谱仪、荧光光谱仪、气敏测试系统等手段对材料进行表征。通过研究获得了如下结果：1.静电纺丝过程受到PVA浓度、电压、煅烧等因素的影响,本文系统研究了工艺参数对纳米纤维的影响,研究结果表明：PVA浓度越低纤维直径越小在PVA浓度较低时纳米纤维直径出现珠子,PVA浓度偏高,纳米纤维出现液滴。纺丝电压和固化距离的大小会直接影响纤维毡表面的液滴的多少和纤维的直径大小,同时其影响着纺丝的速度,酒精溶剂的加入更易于纺丝。2.静电纺丝法制备的SnO2纳米纤维经退火烧结以后,得到表面粗糙,具有大的比表面积的结构。烧结后制备SnO2纳米纤维为金红石结构,晶格常数a=0.4737nm, c=0.3186nm,同时研究发现少量金属元素如Zn、Ag、Ni、Mg掺杂并未改变SnO2的晶体结构,退火温度对的结晶度有很大的影响,纳米纤维烧结温度越高,纳米纤维的结晶质量越好。3.研究了纯SnO2及金属元素掺杂SnO2纳米纤维的气敏性能,气敏测试表明,退火烧结温度为700℃时纯SnO2纳米纤维具有较好的气敏性能,对H2S和酒精气体有良好的选择性,但其稳定性还有待进一步改善。Ag的掺杂提高了SnO2的气敏性能,在Ag掺杂量为8at%时SnO2纳米纤维对C2H2气体具有优异的敏感性能；掺Zn为11at%的纳米纤维传感器对酒精、甲苯和C2H2分别在300℃、350℃、200℃也有较好的气敏性能和选择性；掺Ni为8at%的SnO2纳米纤维传感器表现了很好的灵敏性和选择性,尤其对酒精气体和甲苯气体；Mg的掺杂降低了SnO2的结晶质量,在Mg掺杂为5at%时SnO2纳米纤维对酒精气体表现了良好的灵敏性和选择性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 1 文献综述
  • 2的研究'>1.1 纳米SnO2的研究
  • 2的结构、性质及应用'>1.1.1 SnO2的结构、性质及应用
  • 2气敏传感器的研究现状'>1.1.2 SnO2气敏传感器的研究现状
  • 1.2 静电纺丝法
  • 1.2.1 静电纺丝的基本原理
  • 1.2.2 静电纺丝制备纤维的影响因素
  • 1.2.3 静电纺丝制备的纤维的应用
  • 2气敏元件的气敏机理'>1.3 SnO2气敏元件的气敏机理
  • 1.4 本课题的主要内容和意义
  • 1.4.1 主要内容
  • 1.4.2 课题意义
  • 2 实验部分
  • 2.1 实验试剂,仪器设备
  • 2.1.1 主要的原料和试剂
  • 2.1.2 主要仪器和设备
  • 2.2. 实验制备过程
  • 2.2.1 聚乙烯醇（PVA）溶液的配制
  • 2·2H2O复合纤维的制备过程'>2.2.2 PVA/SnCl2·2H2O复合纤维的制备过程
  • 2·2H2O复合纤维的制备过程'>2.2.3 几种金属元素掺杂的PVA/SnCl2·2H2O复合纤维的制备过程
  • 2.2.4 纳米纤维的退火烧结
  • 2气敏元件的制备和测试'>2.2.5 SnO2气敏元件的制备和测试
  • 2.3 性能表征方法
  • 2纳米纤维的制备和气敏特性研究'>3 SnO2纳米纤维的制备和气敏特性研究
  • 3.1 纳米纤维表面形貌的影响因素
  • 3.1.1 PVA浓度对纤维表面形貌的影响
  • 3.1.2 电压对纤维表面形貌的影响
  • 3.1.3 乙酸的量对纤维表面的影响
  • 2结构的影响'>3.2 不同的烧结温度对SnO2结构的影响
  • 2纳米纤维的气敏特性'>3.3 SnO2纳米纤维的气敏特性
  • 2气敏元件对酒精的气敏特性'>3.3.1 不同烧结温度的SnO2气敏元件对酒精的气敏特性
  • 2气敏元件对丙酮的气敏特性'>3.3.2 不同烧结温度的SnO2气敏元件对丙酮的气敏特性
  • 2气敏元件对C2H2的气敏特性'>3.3.3 不同烧结温度的SnO2气敏元件对C2H2的气敏特性
  • 2气敏元件对H2S的气敏特性'>3.3.4 不同烧结温度的SnO2气敏元件对H2S的气敏特性
  • 2气敏元件的选择性和稳定性'>3.4 SnO2气敏元件的选择性和稳定性
  • 2气敏元件的选择性'>3.4.1 SnO2气敏元件的选择性
  • 2气敏元件的稳定性'>3.4.2 SnO2气敏元件的稳定性
  • 3.5 本章小结
  • 2纳米纤维的气敏性能研究'>4 金属元素掺杂SnO2纳米纤维的气敏性能研究
  • 2纳米纤维的制备及气敏性能研究'>4.1 Ag掺杂SnO2纳米纤维的制备及气敏性能研究
  • 2纳米纤维的形貌表征'>4.1.1 Ag掺杂SnO2纳米纤维的形貌表征
  • 2纳米纤维的晶体结构表征'>4.1.2 Ag掺杂SnO2纳米纤维的晶体结构表征
  • 2纳米纤维的掺杂量对气敏特性的影响'>4.1.3 Ag掺杂SnO2纳米纤维的掺杂量对气敏特性的影响
  • 2纳米纤维的制备及气敏性能研究'>4.2 Zn掺杂SnO2纳米纤维的制备及气敏性能研究
  • 2纳米纤维的形貌表征'>4.2.1 Zn掺杂SnO2纳米纤维的形貌表征
  • 2纳米纤维的晶体结构表征'>4.2.2 Zn掺杂SnO2纳米纤维的晶体结构表征
  • 2纳米纤维的掺杂量对气敏特性的影响'>4.2.3 Zn掺杂SnO2纳米纤维的掺杂量对气敏特性的影响
  • 2纳米纤维的制备及气敏性能研究'>4.3 Ni掺杂SnO2纳米纤维的制备及气敏性能研究
  • 2纳米纤维的形貌表征'>4.3.1 Ni掺杂SnO2纳米纤维的形貌表征
  • 2纳米纤维的晶体结构表征'>4.3.2 Ni掺杂SnO2纳米纤维的晶体结构表征
  • 2纳米纤维的掺杂量对气敏特性的影响'>4.3.3 Ni掺杂SnO2纳米纤维的掺杂量对气敏特性的影响
  • 2纳米纤维的制备及气敏性能研究'>4.4 Mg掺杂SnO2纳米纤维的制备及气敏性能研究
  • 2纳米纤维的形貌表征'>4.4.1 Mg掺杂SnO2纳米纤维的形貌表征
  • 2纳米纤维的晶体结构表征'>4.4.2 Mg掺杂SnO2纳米纤维的晶体结构表征
  • 2纳米纤维的掺杂量对拉曼光谱的影响'>4.4.3 Mg掺杂SnO2纳米纤维的掺杂量对拉曼光谱的影响
  • 2纳米纤维的掺杂量对光学性质的影响'>4.4.4 Mg掺杂SnO2纳米纤维的掺杂量对光学性质的影响
  • 2纳米纤维的掺杂量对气敏特性的影响'>4.4.5 Mg掺杂SnO2纳米纤维的掺杂量对气敏特性的影响
  • 4.5 本章小结
  • 5 总结
  • 参考文献
  • 致谢
  • 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

    • 相关论文文献

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