【摘 要】
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在人们的生产生活中,无法避免地会接触、使用或产生一些有毒有害、易燃易爆的有机挥发性气体,这些气体会对我们的生产安全、生存环境和人身安全造成各种威胁。面对有毒有害气体带来的各种问题,气体传感器应运而生。在传感技术领域,气体传感器是一种十分重要的品种,在各个领域均有广泛应用,是目前国内外的一个重点研究领域。众所周知,对于气体传感器而言,敏感材料是它的最重要的部分,其性能对于气体传感器极其重要,影响其选
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在人们的生产生活中,无法避免地会接触、使用或产生一些有毒有害、易燃易爆的有机挥发性气体,这些气体会对我们的生产安全、生存环境和人身安全造成各种威胁。面对有毒有害气体带来的各种问题,气体传感器应运而生。在传感技术领域,气体传感器是一种十分重要的品种,在各个领域均有广泛应用,是目前国内外的一个重点研究领域。众所周知,对于气体传感器而言,敏感材料是它的最重要的部分,其性能对于气体传感器极其重要,影响其选择性、重复性、响应度等。半导体金属氧化物具有价格低廉、合成方式简单、形貌可控等优点被广泛应用在气体传感器领域。研究表明,半导体金属氧化物材料的晶体尺寸和表面的形貌对气体传感器的性能有较大影响,因此可以通过改变材料的形貌、组分以及晶体结构等提高材料的气敏性能。尖晶石型氧化物(AB2O4型)材料,由于其良好的催化性能,独特的物理和化学性质以及高度的还原感测能力,近年来作为气敏材料受到广泛关注。但是其在实际应用中,依旧存在许多不足之处,例如其选择性差,对气体响应值较低等。本论文中以铁基尖晶石结构纳米材料作为主要研究对象,通过控制其形貌,杂质掺杂及金属氧化物复合等方法提高纯材料的敏感性能,提高其气体响应值和改善其选择性,并且对材料的化学成分、晶相结构进行探究,对材料的增敏原理进行分析和总结。具体内容如下所述:(1)在实验一中通过水浴的方法合成含有铁-镍的普鲁士蓝类似物,并在此基础上掺杂了不同含量的钴,随后经过煅烧等一系列操作,制备出不同量钴掺杂的NiO/NiFe2O4样品,所有的样品均表现出对异丙醇气体较好的响应。实验结果显示,在工作温度为183.5℃时,NiO/NiCo0.03Fe1.97O4对异丙醇的响应值最高,当异丙醇浓度为100ppm时,气体的响应达到11.2。与此同时,该材料的响应恢复速度较快,对于异丙醇气体也具有较好的选择性。掺杂后的材料相比于纯材料气敏性能提高的原因可以归结为钴原子半径和铁原子半径不同,二者存在差异,该差异会引起晶格缺陷,晶格缺陷的存在能够促进氧空位的增加,氧空位的增加进一步增加氧吸附,气敏响应得到进一步的提高;并且氧化镍和铁酸镍之间形成p-p异质结,异质结的存在也是气敏响应提高的原因之一。(2)在实验二中通过水热的方法合成铁酸锌纳米微球,并在此基础上修饰了不同含量的氧化铜,随后经过离心、洗涤、煅烧等一系列工作,制备出不同含量氧化铜修饰的复合材料,所有的样品均表现出对于二甲苯气体较好的响应。实验结果显示,在工作温度为206℃时,当氧化铜的修饰量为1%时对100ppm二甲苯气体的响应值达到20.7。并且其具有较好的选择性。修饰后的复合材料相比于纯材料气敏性能提高的原因可以归结为p-n异质结的形成引起晶格失配,有利于更多氧空位的产生,氧空位的增加进而增强氧吸附。使气敏性能得到有效提高。
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