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基于碳纳米管敏感膜的有毒气体传感器的研究

作　者: 盛长浩
导　师: 谢海芬
学　校: 华东理工大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 多壁碳纳米管 甲醛 甲苯 气体传感器 功能团
分类号: TP212.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


碳纳米管是一种理想的一维纳米材料,具有极大地比表面积及良好的电学特性,非常适合作为气体传感器敏感材料。论文通过对多壁碳纳米管嫁接不同功能团检测甲醛、甲苯等室内有害气体,提高其对甲醛、甲苯等有气体的响应.论文首先研究了用乙二胺接枝的多壁碳纳米管对甲醛气体敏感的气敏传感器。传感器的制备通过对多壁碳纳米管用浓硫酸/浓硝酸氧化,然后接枝乙二胺,得到的产物利用Nafion/正丙醇溶解后滴涂在叉指电极上,得到最终的敏感膜。并用红外光谱、SEM等手段进行表征。通过N元素分析得到多壁碳纳米管的乙二胺接枝率数据。实验中选择纯碳纳米管、5.55%和18.19%乙二胺接枝率的三种敏感膜分别对20ppb,50ppb、80ppb、120ppb、200ppb浓度的甲醛气体进行了测试,结果发现接枝之后的碳纳米管响应有了明显提高,在甲醛的浓度为20ppb,18.19%接枝率碳纳米管敏感膜对甲醛的响应是纯多壁碳纳米管的13倍。同时分析了接枝后的多壁碳纳米管响应提高的原因；研究了接枝率为18.19%的敏感膜对50ppb浓度的甲醛气体重复性实验和200ppb浓度下与甲醇、乙醇、丙酮、氨气、二氧化碳等其他气体的选择性实验,结果显示了良好的选择性与重复性。论文还研究了用十二胺和苄胺接枝多壁碳纳米管制备对甲苯响应的气敏传感器。检测了纯多壁碳纳米管、十二胺和苄胺接枝的多壁碳纳米管敏感膜对100ppb、200ppb、300ppb、400ppb四种浓度的甲苯气体的响应,结果显示十二胺和苄胺接枝的敏感膜对甲苯的响应分别是纯碳纳米管的3倍和5倍。论文的研究证明了化学接枝改性的方法是提高基于碳纳米管的气体传感器性能的有效方法,为实际气敏传感器的研究应用提供一定的实验基础。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 碳纳米管简介  10-11
  1.2 碳纳米管的性质  11-14
    1.2.1 碳纳米管的电学性质  11-13
    1.2.2 碳纳米管的力学性质  13
    1.2.3 碳纳米管的化学性质  13-14
    1.2.4 碳纳米管其他性质  14
  1.3 碳纳米管的制备方法  14-18
    1.3.1 电弧法  15
    1.3.2 化学气相沉积法  15-17
    1.3.3 激光烧蚀法  17-18
第2章 碳纳米管在气体传感器中的应用  18-28
  2.1 基于碳纳米管气体传感器类型  18-19
  2.2 本征碳纳米管的气敏特性  19-20
  2.3 有缺陷或掺杂的碳纳米管的气体传感器  20-21
  2.4 功能化修饰的碳纳米管气体传感器  21-24
    2.4.1 有机聚合物修饰  21-23
    2.4.2 金属粒子掺杂修饰  23-24
  2.5 其他类型的碳纳米管传感器  24-28
第3章 室内常见有害气体及检测方法  28-36
  3.1 常见有害气体及性质  28
    3.1.1 甲醛的性质  28
    3.1.2 甲苯的性质  28
  3.2 室内有害气体来源及危害  28-29
  3.3 室内有害气体检测方法  29-36
    3.3.1 分光光度法  29-31
    3.3.2 色谱法  31-32
    3.3.3 电化学法  32-33
    3.3.4 传感器法  33
    3.3.5 微传感器检测有害气体的研究  33-36
第4章 基于多壁碳纳米管的甲醛气体传感器研究  36-53
  4.1 功能化多壁碳纳米管制备  36-38
    4.1.1 多壁碳纳米管功能化  36-37
    4.1.2 测试电极的制备  37-38
  4.2 多壁碳纳米管的表征  38-45
    4.2.1 多壁碳纳米管形貌表征  38-40
    4.2.2 多壁碳纳米管的红外光谱表征  40-41
    4.2.3 多壁碳纳米管的热重分析  41-42
    4.2.4 二胺接枝的多壁碳纳米管N元素含量分析  42-43
    4.2.5 电极的电阻  43-45
  4.3 甲醛气体的响应测试  45-48
  4.4 响应结果的分析与讨论  48-51
    4.4.1 三种多壁碳纳米管响应效果的比较  48-50
    4.4.2 关于多壁碳纳米管电阻变化机理的探讨  50-51
  4.5 高接枝率多壁碳纳米管的选择性和重复性实验  51-52
  4.6 小结  52-53
第5章 基于多壁碳纳米管的甲苯气体传感器  53-59
  5.1 材料制备  53
  5.2 材料表征  53-54
    5.2.1 红外光谱表征  53-54
    5.2.2 氮元素含量分析  54
  5.3 多壁碳纳米管对甲苯的响应测试  54-57
  5.4 分析与讨论  57-58
  5.5 小结  58-59
第6章 总结与展望  59-60
参考文献  60-69
致谢  69-70
发表文章和参加科研情况说明  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 化学传感器
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