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SnO2/CNTs复合体的可控制备及气敏性研究

作　者: 陈春晟
导　师: 史克英
学　校: 黑龙江大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 二氧化锡 碳纳米管 聚苯胺 气敏传感器
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


以简单、廉价的方法得到具有优良性能并在室温下可以稳定工作的气敏材料是目前气体传感器研究的重要方向,同时工业上也有着迫切需求。本文采用水热法制备得到具有介孔特征的二氧化锡（SnO2）纳米晶,在羧基化修饰的碳纳米管（CNTs）基础上,通过调整沉淀剂种类、反应物比例等因素得到了二氧化锡晶粒均匀的分散在碳纳米管表面的、不同复合程度的SnO2/CNTs复合体。对SnO2/CNTs复合体的NOx气敏性能进行了对比研究,结果表明:SnO2纳米晶均匀分散的复合体具有更优异的NO气敏响应特征,这是由于均匀分散的SnO2/CNTs复合体结构能形成有效的电子传输通道,利于得到优异的气敏响应信号。对SnO2表面NO气体吸附行为进行了理论计算,通过吸附能及电荷转移的计算推测出可能的最适合吸附晶面为（101）晶面,并对理论计算结果进行了初步验证。采用原位聚合法制备了聚苯胺/碳纳米管（PANI/CNTs）复合体。通过控制反应物的比例得到不同形貌的核壳结构聚苯胺/碳纳米管复合体;对聚苯胺/碳纳米管复合体进行了NOx及NH3气敏测试。采用机械混合法将金属氧化物（Cu2O）与SnO2/CNTs复合体混合,得到Cu2O与SnO2/CNTs复合体混合材料,提出可以采用多种材料联用的方法提高气敏材料的选择性,该方法有望使一些性质并不突出的常规气敏材料得到更好的应用。

全文目录


中文摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 碳纳米管概述  8-11
    1.1.1 碳纳米管的结构及性质  8-9
    1.1.2 碳纳米管的功能化  9
    1.1.3 碳纳米管基复合材料的合成及应用  9-11
  1.2 SnO_2 概述  11-13
    1.2.1 SnO_2 的结构及性质  11-12
    1.2.2 SnO_2 基纳米材料的合成及应用  12-13
  1.3 气敏传感器和气敏材料  13-17
    1.3.1 气敏传感器的种类及特点  13-15
    1.3.2 气敏材料的响应机理  15-17
    1.3.3 气敏测试方法及其缺陷  17
  1.4 无机金属氧化物/碳纳米管复合体的合成及应用现状  17-18
    1.4.1 无机金属氧化物/碳纳米管复合体的合成  17-18
    1.4.2 无机金属氧化物/碳纳米管气敏应用  18
  1.5 本文的研究目的与内容  18-20
第2章 实验材料及表征方法  20-24
  2.1 实验试剂  20-21
  2.2 实验仪器  21
  2.3 表征方法及原理  21-24
    2.3.1 X射线粉末衍射(XRD)分析  21-22
    2.3.2 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析  22
    2.3.3 拉曼光谱(Raman)  22
    2.3.4 扫描电子显微镜(SEM)  22-23
    2.3.5 透射电子显微镜(TEM)  23
    2.3.6 气敏传感测试系统  23-24
第3章 水热法制备SnO_2/CNTs复合体及其气敏性研究  24-45
  3.1 引言  24-25
  3.2 实验部分  25-26
    3.2.1 介孔SnO_2 粉体的制备  25
    3.2.2 碳纳米管的羧基化  25
    3.2.3 水热法合成SnO_2/CNTs复合体  25-26
  3.3 结果与讨论  26-34
    3.3.1 样品的表征与分析  26-30
    3.3.2 SnO_2/CNTs复合体的NOx气敏性研究  30-34
  3.4 SnO_2/CNTs复合体气敏响应的机理探讨  34-35
  3.5 NO气体在SnO_2 表面吸附行为的理论计算  35-44
    3.5.1 模型的建立  35-38
    3.5.2 计算结果分析  38-41
    3.5.3 NO在SnO_2 上吸附行为对气敏性能影响  41-42
    3.5.4 理论结果的初步验证  42-44
  3.6 本章小结  44-45
第4章 PANI/CNTs复合体的制备及气敏性研究  45-55
  4.1 引言  45-46
  4.2 实验部分  46
    4.2.1 导电PANI的合成  46
    4.2.2 PANI修饰CNTs的制备  46
  4.3 结果与讨论  46-54
    4.3.1 样品的表征与分析  46-49
    4.3.2 气敏性测试  49-54
  4.4 PANI/CNTs复合体气敏响应的机理探讨  54
  4.5 本章小结  54-55
第5章 Cu_20与SnO_2/CNTs机械混合材料的制备及气敏性研究  55-60
  5.1 引言  55
  5.2 实验部分  55-56
    5.2.1 Cu_20的合成  55
    5.2.2 Cu_20与SnO_2/CNTs混合材料的制备  55-56
  5.3 结果与讨论  56-59
    5.3.1 样品的表征与分析  56
    5.3.2 Cu_20与SnO_2/CNTs混合材料的气敏性研究  56-59
  5.5 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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