WO3/MoO3负载NiO气体传感器的制备及其气敏特性研究

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气体传感器是检测气体成分和含量装置的重要组成部件。气体传感器可以检测到某特定气体并确定其浓度,当气敏材料与气体接触后会发生物理或化学作用,导致质量、电学参数、光学参数等特性参数的改变,进而把被测气体种类或浓度的变化转变为电阻的变化,再将电阻的变化转化为传感器输出端电信号的变化,最后通过信号调节和转换电路将取得的电信号进行处理、输出,从而实现气体检测的目的。本文以纯NiO气体传感器为基础,采用水热法分别制备了WO3负载NiO和不同摩尔比的MoO3负载NiO纳米结构材料的气体传感器。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等表征方法对所制备材料进行表征,并对这些传感器的温度-灵敏度关系、动态响应特性、响应/恢复时间、选择性、重复性等气敏性能进行了实验与分析,最终研究结果如下:1.通过SDS辅助水热法分别制备了纯NiO和WO3负载NiO纳米结构(W:Ni的摩尔比为4 mol%)。对纯NiO及WO3负载NiO的纳米结构进行了SEM表征,表征结果显示:纯NiO及WO3负载NiO均是由具有光滑表面和锯齿状边缘的纳米薄片,经自行组装形成的花状微球结构,WO3负载NiO晶粒尺寸更小。2.对纯NiO和WO3负载NiO纳米结构所制备的传感器进行气敏特性研究。结果表明:二者最佳工作温度均为160℃;WO3负载NiO传感器与纯NiO传感器都具有良好的线性拟合度;WO3负载NiO纳米材料在NiO气敏原件的灵敏度、响应恢复特性和对乙醇气体的选择性上都有明显提高;3.采用水热法成功制备了MoO3负载NiO(Ni:Mo摩尔比分别为0 mol%、1 mol%、2 mol%、4 mol%)纳米结构材料。对MoO3负载NiO纳米结构材料进行表征,结果显示其直径约为2μm,呈三维层次化花状结构,且MoO3负载NiO浓度对纳米材料的大小及形貌无明显影响;4.制备了不同摩尔比的MoO3负载NiO气体传感器并进行气敏特性研究。研究结果表明:Ni:Mo摩尔比为0 mol%、1 mol%、2 mol%的MoO3负载NiO的气体传感器最佳工作温度为400℃,而4 mol%MoO3负载NiO气体传感器最佳工作温度降低,为370℃;4 mol%MoO3负载NiO气体传感器在最佳工作温度下对氨气的响应特性、选择性、灵敏度等方面表现更为优秀。综上所述,根据研究结果和气敏机理分析,气体传感器在负载金属氧化物后,引起的晶粒尺寸、比表面积和载流子浓度的变化,从而改善材料表面氧气分子的吸附量及分解速率。因此通过负载适量的贵金属,可以有效优化材料的气敏性能。
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