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众所周知,大多数挥发性有机胺对人类、植物以及气候具有一定的危害性。其中,三乙胺和二甲胺具有较强的毒性和刺激性,严重威胁着人类健康和安全。因此,对挥发性有机胺进行实时有效的监测是极其重要的。金属氧化物半导体基气体传感器具有优良的气体传感性能,引起人们极大的关注。其中,氧化锌由于稳定性好、成本低、形貌可控,被称为具有开发潜力的气体传感材料。但氧化锌基气体传感器仍存在选择性差、工作温度高、灵敏度低等问题,因此,改善氧化锌气体传感性能一直是气体传感领域的研究重点。
本论文以提高氧化锌的胺气体传感性能为目的,采用不同方法合成具有不同形貌的氧化锌,并通过调控形貌和复合氮化碳对其改性,探究了氧化锌形貌、结构以及氮化碳复合量对其气敏性能的影响,具体的研究内容和结论如下:
(1)在草酸辅助下采用水热法合成二维氧化锌纳米网,通过改变合成条件,对其形貌和性能进行了系统地研究。通过简单的改变热处理温度实现了三维花状氧化锌到二维纳米网的演变。通过用不同添加剂代替草酸合成了三维笼状球和六棱柱状氧化锌。基于二维氧化锌纳米网的气体传感器可有效检测三乙胺,在260℃暴露于100ppm三乙胺时,表现出最大灵敏度(213.3),在300ppm三乙胺中瞬时响应时间为1s,恢复时间为5s,且检出限低至63ppb。因此,二维氧化锌纳米网可用作高效检测三乙胺的气体传感材料。
(2)采用水热法合成氧化锌纳米颗粒,并探究了正丙胺加入量对其形貌和气敏性能的影响。随着正丙胺加入量的增加,氧化锌的形貌由纳米颗粒变成不规则的纳米片,最后自组装成花状氧化锌。氧化锌纳米颗粒对二甲胺的气体传感性能最好,在160℃暴露在100ppm的二甲胺中灵敏度达到29.7,选择性和重复性高,在较宽的浓度范围内响应和恢复较快。因此,氧化锌纳米颗粒可以作为检测二甲胺的优良气体传感材料。
(3)采用溶剂热法合成了一维纳米线自组装的三维氧化锌微球,探究了碱浓度对形貌和性能的影响,并通过复合氮化碳对其进行改性,考察了不同氮化碳复合量对氧化锌性能的影响。碱浓度不同时,羊毛球状氧化锌在140℃对二甲胺灵敏度最高,与氮化碳复合后,灵敏度和选择性都明显提高。当氮化碳的理论复合量为10wt.%时,对二甲胺灵敏度为31.2,是纯氧化锌的2.5倍。因此,复合氮化碳可以有效提高对二甲胺的传感性能。
本论文以提高氧化锌的胺气体传感性能为目的,采用不同方法合成具有不同形貌的氧化锌,并通过调控形貌和复合氮化碳对其改性,探究了氧化锌形貌、结构以及氮化碳复合量对其气敏性能的影响,具体的研究内容和结论如下:
(1)在草酸辅助下采用水热法合成二维氧化锌纳米网,通过改变合成条件,对其形貌和性能进行了系统地研究。通过简单的改变热处理温度实现了三维花状氧化锌到二维纳米网的演变。通过用不同添加剂代替草酸合成了三维笼状球和六棱柱状氧化锌。基于二维氧化锌纳米网的气体传感器可有效检测三乙胺,在260℃暴露于100ppm三乙胺时,表现出最大灵敏度(213.3),在300ppm三乙胺中瞬时响应时间为1s,恢复时间为5s,且检出限低至63ppb。因此,二维氧化锌纳米网可用作高效检测三乙胺的气体传感材料。
(2)采用水热法合成氧化锌纳米颗粒,并探究了正丙胺加入量对其形貌和气敏性能的影响。随着正丙胺加入量的增加,氧化锌的形貌由纳米颗粒变成不规则的纳米片,最后自组装成花状氧化锌。氧化锌纳米颗粒对二甲胺的气体传感性能最好,在160℃暴露在100ppm的二甲胺中灵敏度达到29.7,选择性和重复性高,在较宽的浓度范围内响应和恢复较快。因此,氧化锌纳米颗粒可以作为检测二甲胺的优良气体传感材料。
(3)采用溶剂热法合成了一维纳米线自组装的三维氧化锌微球,探究了碱浓度对形貌和性能的影响,并通过复合氮化碳对其进行改性,考察了不同氮化碳复合量对氧化锌性能的影响。碱浓度不同时,羊毛球状氧化锌在140℃对二甲胺灵敏度最高,与氮化碳复合后,灵敏度和选择性都明显提高。当氮化碳的理论复合量为10wt.%时,对二甲胺灵敏度为31.2,是纯氧化锌的2.5倍。因此,复合氮化碳可以有效提高对二甲胺的传感性能。