铁基半导体氧化物的制备及其气敏性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pearl12345
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近年来,随着汽车尾气、工业废气大量排放造成的大气环境污染的日益严重,对气敏传感器的研究已经引起了越来越多学者的广泛关注。乙醇作为一种家居环境气体中的有机小分子气体通常被应用到工业原料和汽车燃料等。由于乙醇具有可燃性,当浓度达到一定值时,在空气中遇到明火将会发生爆炸,具有一定的危害性。且人们在生活中长时间接触乙醇气体,也会对各种器官以及皮肤造成一定的伤害,因此加强对环境中乙醇的检测与监控具有非常重要的意义。Fe2O3作为一种比较传统的金属氧化物半导体气敏材料在乙醇检测中的应用已经受到了众多研究者的关注。但是块状和尺寸较大的Fe2O3对乙醇检测的灵敏度、工作温度等已经不能满足实际应用的要求。本论文针对传统Fe2O3气敏材料存在的问题,并综合考虑成本和制备工艺等因素,设计了操作简便,气敏性能良好的Fe2O3基气敏材料,并对得到的四种材料的结构及气敏性能进行了探究。利用水热法,以三氯化铁和尿素为原料,分别用水和乙醇作为反应的溶剂,制备得到了两种不同形貌(片状和球形)的Fe2O3。其中,片的厚度约为117nm,球的平均直径大约在150nm左右。两种形貌的产物的比表面积相差不大且材料内部都存在大量由片与片或球与球堆积而成的介孔。气敏性能测试结果表明,两种气敏材料都对乙醇表现出良好的气体选择性和循环稳定性。以改进的Hummers法制备的GO为掺杂材料,采用水热合成法制备得到了 rGO与Fe2O3复合的气敏材料。复合材料中的Fe2O3以微球的形式均匀地分散在rGO片层上,微球的直径大约为1.5 μm。rGO的片层可以起到分散Fe2O3微球,避免团聚的作用,一定程度上提高材料的比表面积(约为43.311m2g-1)。将复合材料和单纯Fe2O3的气敏性能进行比较,发现复合之后的材料对乙醇表现出更高的响应值和更低的最佳工作温度。采用两步水热法,制备得到了球形CeO2与立方体颗粒状Fe2O3的复合材料。两种n型半导体气敏材料的复合可以大幅度增加材料内部自由电子的含量,从而提高复合材料的气敏性能。测试结果表明,CeO2的添加使得材料对乙醇的响应值得到大幅度的提高并表现出优异的循环稳定性和气体选择性,是一种非常具有发展潜力的乙醇气敏材料。
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