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SnO_2基纳米材料的合成及其气敏性能研究

作　者: 陈高峰
导　师: 林志东
学　校: 武汉工程大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 纳米SnO2材料形貌结构比表面积气敏性能
分类号: TN304.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

SnO₂作为一种宽禁带半导体气敏材料,由于本身的物理、化学性质稳定,不需要添加贵金属就对还原性气体有较好的敏感性、稳定性和一定的选择性等优点。以往的研究多侧重于材料的制备方法与气敏性能以及组成成分与气敏性能的关系,而本论文将对材料的制备方法、形貌结构、掺杂对气敏性能的影响作一系统的研究。采用沉淀法、水热合成法以及包覆法制备多孔纳米SnO₂、珊瑚状纳米SnO₂以及空心球状纳米SnO₂三种不同结构的材料,采用XRD、SEM以及BET对材料的组成成分、晶粒尺寸、结构形貌以及等温吸附曲线进行了表征,并以这三种不同形貌结构的SnO₂纳米材料为原料,通过传统的旁热式气敏传感器制备技术制作成气敏元件,测试其电阻随温度的变化特性以及对几种挥发性气体的敏感特性。结果如下:（1）合成的三种SnO₂纳米材料均结晶良好,为四方晶系。多孔SnO₂呈现出均一的孔状结构,平均粒径为8.6nm,珊瑚状SnO₂在外观上和海洋生物珊瑚形貌非常相似,样品由密集的触须构成,平均粒径为13.5nm,中空球状SnO₂微球的直径大小约为1⁴μm,微球表面较光滑,但部分微球表面有坑洞,从坑洞可以看出,微球内部为空心结构,且球壁较薄,纳米晶粒的平均粒径为22.7nm。（2）所制备的几种材料都具有较高的灵敏度和较低的工作温度,在工作温度在190℃时,几种材料对100ppm的乙醇气体的灵敏度都在20以上,且随着气体浓度的升高,灵敏度与浓度表现出一定的线性关系。符合工业应用标准。（3）材料的比面积、孔径大小以及孔隙容积对材料的气敏性能影响很大。相同条件下,珊瑚状SnO₂的灵敏度比多孔SnO₂和中空球状SnO₂的灵敏度都高,其比表面积为40.19m²/g,平均孔径为297.0nm,孔隙容积为0.2984cc/g。而掺杂Ni离子的多孔SnO₂材料在相同条件下灵敏度比这三种材料都高,说明离子掺杂相对于结构控制对材料的灵敏度有着更直接的影响。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-23
  1.1 课题研究背景  11-12
  1.2 电阻式半导体气敏传感器  12-14
  1.3 半导体气敏传感器敏感机理  14-16
  1.4 金属氧化物半导体气敏传感器的研究进展  16-18
  1.5 纳米材料的特性与制备  18-20
  1.6 SnO_2 基气敏材料  20-21
  1.7 本论文研究的目的、意义及主要内容  21-23
第2章 SnO_2基纳米材料的合成及气敏元件的制备  23-33
  2.1 SnO_2 基气敏材料的制备  24-26
    2.1.1 多孔纳米SnO_2 粉体材料的制备  24-25
    2.1.2 掺镍多孔纳米SnO_2 粉体材料的制备  25
    2.1.3 珊瑚状SnO_2 的制备  25
    2.1.4 中空球状SnO_2 的制备  25-26
  2.2 旁热式气敏元件的制备  26-28
  2.3 材料结构与性能表征  28-32
    2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)  29-30
    2.3.2 X 射线衍射仪  30-31
    2.3.3 氮气吸附-脱附曲线  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章 SnO_2纳米材料的表征  33-45
  3.1 多孔SnO_2 的物性表征  33-37
    3.1.1 X 射线衍射仪(XRD)表征  33-34
    3.1.2 扫描电子显微镜(SEM)表征  34-36
    3.1.3 比表面积测试(BET)  36-37
  3.2 珊瑚状SnO_2 纳米材料的物性表征  37-40
    3.2.1 X 射线衍射仪(XRD)表征  37-38
    3.2.2 扫描电子显微镜(SEM)表征  38-39
    3.2.3 比表面积测试(BET)  39-40
  3.3 中空球状SnO_2 的物性表征  40-44
    3.3.1 X 射线衍射仪(XRD)表征  40-41
    3.3.2 扫描电子显微镜(SEM)表征  41-43
    3.3.3 比表面积测试(BET)  43-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章 SnO_2基纳米材料的气敏性能研究  45-67
  4.1 气敏性能的测试原理  45-46
  4.2 气敏测试主要指标  46-47
  4.3 多孔SnO_2 纳米材料气敏性能研究  47-52
    4.3.1 工作温度与电阻的关系  49-50
    4.3.2 加热电压和气体浓度对灵敏度的影响  50-52
    4.3.3 气敏机理分析  52
  4.4 掺镍多孔纳米SnO_2 材料的气敏性能研究  52-56
    4.4.1 温度对灵敏度的影响  53
    4.4.2 气体浓度与灵敏度的关系  53-56
  4.5 珊瑚状SnO_2 纳米材料的气敏性能研究  56-60
    4.5.1 工作温度与电阻的关系  57-58
    4.5.2 气体浓度与灵敏度的关系  58-60
  4.6 中空球状SnO_2 纳米材料的气敏性能研究  60-63
    4.6.1 工作温度与电阻的关系  60-61
    4.6.2 气体浓度与灵敏度的关系  61-63
  4.7 响应-恢复特性分析  63-64
  4.8 灵敏度分析比较  64-65
  4.9 本章小结  65-67
第5章结论  67-69
参考文献  69-75
攻读硕士期间已发表的论文  75-76
致谢  76

SnO_2基纳米材料的合成及其气敏性能研究

内容摘要

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