收藏本站
《南开大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

低维α-Fe_2O_3纳米材料的合成、改性及气敏性能研究

王燕  
【摘要】: 进入21世纪以来,在能源开发、石油化工、航空航天等工业技术的飞速发展极大推动社会进步的同时,也给人类的安全生产和生态环境带来了隐患。随着人们环保意识的逐渐增强,对易燃、易爆、有毒气体的检测就显的愈发重要。基于半导体金属氧化物的电阻型气体传感器具有灵敏度高、稳定性好、制作简单、使用方便、易集成等优点,在工业监控和环境检测等领域具有广泛的应用前景。 纳米氧化铁具有很好的稳定性、磁性、气敏和催化性能,被广泛应用于颜料、记录材料、造影、催化和气敏材料中。其作为气敏材料在预报、检测有毒、有害气体方面有着独特的效果。α-Fe_2O_3是一种典型的n型半导体,它的禁带宽度为2.2 eV。用这种材料制成的气敏传感器由于具备结构简单、稳定性好、价格低和制作工艺简单等优点被广泛研究。到目前为止,尽管科研工作者采取各种方法来提高氧化铁气敏传感器的性能,但是,对于α-Fe_2O_3气敏元件来说,仍然在选择性、长期稳定性以及受环境温度和湿度影响等方面存在一些不足,而难以在更大范围内进行推广和应用。 由于α-Fe_2O_3气敏元件的敏感机理为表面控制型,其性能优劣与表面微观结构息息相关。因此,利用表面修饰技术对α-Fe_2O_3气敏材料进行改性是推进气体传感器向高灵敏度、高选择性、高稳定性方面发展的重要手段之一;另外,纳米结构材料,因其具有庞大的界面、较高的表面活性,能使传感器的性能显著提高。利用纳米合成技术改进气敏材料的性能已成为今后气敏材料发展的主导方向之一。本论文瞄准这一研究方向,通过纳米材料合成、表面修饰以及纳米合成技术在气体传感器中的应用完成了以下几个方面的研究工作: 1.采用多种方法并成功制备出零维纳米级α-Fe_2O_3气体敏感材料。其中,室温固相化学反应法是一种污染小、成本低、产率高的纳米材料制备方法,该法为制备半导体金属氧化物气体传感器提供了一条工艺简单、节约能源的途径。通过气敏性能测试,系统地考察了零维纳米α-Fe_2O_3气敏材料的灵敏度与焙烧温度、工作温度、气体浓度之间的关系。 2.通过化学共沉淀法对零维纳米α-Fe_2O_3气敏材料进行贵金属Au、Ag、Pt、Pd的掺杂修饰;首次采用固相合成法制备了Ag/α-Fe_2O_3气敏材料。通过XRD、TEM、SPX等表征手段分别在掺杂后的几种样品中检测出贵金属物种的存在。气敏测试结果表明,贵金属掺杂后α-Fe_2O_3气敏材料的性能得到显著提高,主要表现在:提高了纯α-Fe_2O_3气敏材料的气体灵敏度,降低了纯α-Fe_2O_3气敏材料的工作温度,增大了其对H_2S气体的选择性,为气体传感器在相对低温下检测H_2S气体提供了可能。并首次通过XPS分析,探讨和提出了α-Fe_2O_3基气敏材料的H_2S敏感机理。 3.尝试将一维纳米材料合成技术引入到气体传感器的设计中,分别利用低温水解法和水热法合成了具有较高比表面积的一维多孔α-Fe_2O_3纳米棒气敏材料,这两种方法均具有操作方法简单、成本低、环境污染小、能耗较低等优点。此外,本文中还通过控制反应温度,采用水热法制备获得空心球结构和花状结构的α-Fe_2O_3纳米材料。通过SEM、TEM、N_2吸附-脱附等表征手段考察了样品的形貌、比表面积和孔分布情况。通过气敏性能测试可知,这几种具有特殊形貌的α-Fe_2O_3纳米材料均对乙醇气体具有良好的灵敏度和选择性,并对乙醇响应的起始温度较低。本论文提出的这两种简便的纳米合成技术为今后开发新型的酒敏传感器开拓了新的思路。 4.为解决半导体电阻式气敏元件的选择性问题,本论文采用沉积-沉淀法将p型半导体CuO成功负载于n型半导体α-Fe_2O_3基体材料上,设计并制成新型p-n结半导体气敏元件。气敏测试结果表明,随着CuO负载量的增大,p-n型CuO/α-Fe_2O_3材料有一个从n型半导体向p型半导体的转化过程;且该类气敏元件在较低工作温度下对CO有很好的灵敏度和选择性。因此,这为我们今后研制低能耗型氧化铁系CO传感器提供了有价值的信息。此外,我们首次创新性地通过研究CuO/α-Fe_2O_3材料的CO催化氧化活性来推断其对CO气体的敏感机理。
【学位授予单位】:南开大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB383.1

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 高瞻;CH_4气敏传感器用α-Fe_2O_3基纳米材料的研制[D];西安工业大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡鸿飞,李大成,周大利;硫酸法钛白副产绿矾的利用途径及其净化提纯方法[J];四川有色金属;2000年03期
2 吴兴惠,李艳峰,周桢来,田子华;实现气敏元件高选择性的一种方法[J];半导体学报;1993年07期
3 傅军,何平,董名友;CeO_2-TiO_2复合氧化物的气敏催化性能[J];半导体学报;2002年03期
4 吴兴惠,李艳峰,周桢来,田子华;实现气敏元件灵敏度倍增的一种方法[J];半导体学报;1994年09期
5 黄忠宇,孙良彦,平田光寿;NO_2高选择性气敏元件及其表面修饰[J];传感技术学报;1993年04期
6 全宝富,陈执恩,徐宝琨,李熙;La_(l-x)Sr_xFeO_3纳米微晶材料的气敏特性[J];传感技术学报;1994年02期
7 王金忠,吴家琨,孙良彦,童玲平;γ一Fe_2O_3气敏材料的制备及掺杂研究[J];传感技术学报;1998年03期
8 黄海珍,杨秀荣;脱氧核糖核酸电分析化学研究进展[J];分析化学;2002年04期
9 沈水发,刘宏,施云波,陈耐生,黄金陵;α-Fe_2O_3基纳米陶瓷制备的CO气敏元件[J];功能材料;2001年02期
10 陈祖熊;低工作温度的氧化钨气敏材料[J];功能材料;1994年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李大成,胡鸿飞,周大利;软磁铁氧体用α-Fe_2O_3的制备[J];四川有色金属;2003年04期
2 李大成,胡鸿飞,周大利;由硫酸法钛白副产绿矾制—水硫酸亚铁[J];四川有色金属;2004年01期
3 李大成,周大利,刘恒,张萍,张云,龚家竹;我国钛白生产的技术进步[J];四川有色金属;2005年02期
4 赵长庆;钱彬彬;蔡跃娟;张玉忠;;利用电化学及光谱方法研究环丙沙星与DNA的相互作用[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2007年04期
5 夏洪齐;顾婷婷;;杂交型DNA电化学生物传感器研究进展[J];辽宁科技大学学报;2012年01期
6 王爱华;李建国;姚青虎;杨科伟;;纳米CeO_2粉体对铁粉焊条焊缝组织和性能影响的研究[J];兵器材料科学与工程;2009年02期
7 王书运;纳米颗粒的测量与表征[J];微纳电子技术;2005年01期
8 吴兴惠,李艳峰,周桢来,田子华;实现气敏元件灵敏度倍增的一种方法[J];半导体学报;1994年09期
9 刘松;姜连志;李旭辉;;红外反射式传感器在天车防撞设备中的应用[J];辽宁科技学院学报;2006年04期
10 王毓德,吴兴惠,李艳峰,周桢来;反性气敏元件对结构的气体传感器[J];传感技术学报;1999年01期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 郭萌;姚素薇;张卫国;张莹;;电化学传感器的研究和进展[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
2 沈毅;张青龙;李飞;;溶胶-凝胶法制备稳定WO_3光致变色溶胶的研究[A];中国硅酸盐学会特种玻璃分会第三届全国特种玻璃会议论文集[C];2007年
3 谌岩;邹世海;张湘义;;化学沉淀法制备的α-Fe_2O_3非晶纳米线的晶化研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
4 韦洋;吴倚龙;郝卫东;;用白光反射式传感器实现机器人自主寻迹导航[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
5 朱冬梅;韩建军;徐甲强;刘广录;沈嘉年;;超声辐射溶胶-凝胶法制备纳米In_2O_3气敏材料[A];第八届全国气湿敏传感器技术学术交流会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙永福;钒基氧化物纳米结构的合成及其机敏性能的研究[D];中国科学技术大学;2011年
2 刘玉真;掺杂In团簇和(TiO_2)_n团簇的理论研究[D];南京理工大学;2011年
3 杨君;希夫碱配合物与DNA的相互作用及新型电化学DNA传感器的研制[D];中国海洋大学;2011年
4 王穗萍;新型纳米材料作敏感界面的电化学生物传感器[D];湖南大学;2009年
5 曾文;SnO_2/TiO_2体系气敏性能及其机理研究[D];重庆大学;2011年
6 李东辉;电化学传感器在药物及食品分析中的应用[D];东北大学;2009年
7 高宇;纳米氧化镁基吸附剂烟气同时脱硫脱硝研究[D];东北大学;2010年
8 张军;功能纳米材料的设计、合成及气敏性能研究[D];南开大学;2011年
9 詹自力;纳米In_2O_3气敏性能及其气敏机理研究[D];郑州大学;2003年
10 庄稼;机械力固相化学反应合成纳米氧化物研究[D];四川大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈星如;基于In_2O_3纳米材料的甲醛气敏元件研究[D];大连理工大学;2010年
2 雍高兵;不同形貌硫化锑纳米材料的合成及其光催化性能研究[D];湘潭大学;2010年
3 李培;In_2O_3纳米材料的制备、掺杂及气敏性能研究[D];河南师范大学;2010年
4 何孝祥;二氧化碳气氛下乙苯脱氢反应机理的研究[D];华东理工大学;2011年
5 孙玥;晶粒细化对Fe-Ni-Cr和Fe-Cr-Al合金高温化学稳定性的影响[D];沈阳师范大学;2011年
6 李世玺;交流电功率智能传感器粗信号的处理[D];西华大学;2011年
7 张小丹;含钴/铁纳米颗粒催化鲁米诺化学发光体系及其应用研究[D];西南大学;2011年
8 王华;基于遗传支持向量机的传感器非线性校正方法[D];兰州理工大学;2011年
9 郭艳艳;基于单壁碳纳米管/氧化还原大分子纳米复合膜的电流型葡萄糖生物传感器的研究[D];陕西师范大学;2011年
10 左佳;硼酸钙纳米材料的制备、表征及阻燃性能研究[D];陕西师范大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡鸿飞,李大成,吉红兵;纳米氧化铁的制备方法及进展[J];四川有色金属;2001年01期
2 王兢;包化成;姚朋军;吴娜;;掺杂改善SnO_2甲醛气敏元件灵敏度特性的研究[J];微纳电子技术;2007年Z1期
3 曾桓兴,王弘,沈瑜生;氧化铁气体传感器研究II.α- Fe_2O_3气敏特性[J];半导体学报;1988年06期
4 王金忠,吴家琨,孙良彦;高选择性γ-Fe_2O_3LPG元件的研制[J];传感技术学报;1998年04期
5 娄向东,沈荷生,沈瑜生;ZnO系半导体陶瓷气敏传感器的进展[J];传感器技术;1991年03期
6 柴常春,彭军,镇桂芹;四价金属元素锆(Zr)对氧化铁薄膜气敏特性的影响[J];传感器技术;1996年02期
7 贺海燕;Fe_2O_3基陶瓷的气湿敏特性[J];传感器技术;1998年05期
8 徐甲强,田志壮,朱文会;掺杂方式对α─Fe_2O_3气敏特性的影响[J];材料研究学报;1994年03期
9 陈思顺,陈新华,丁明洁,牛新书;钇掺杂纳米α-Fe_2O3_的合成及气敏性能研究[J];电子元件与材料;2005年09期
10 娄向东;李新莉;赵晓华;李国强;牛新书;;Ni掺杂α-Fe_2O_3纳米材料的制备及气敏性能研究[J];电子元件与材料;2009年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 董立峰;崔作林;张志琨;;纳米稀土α-Fe_2O_3的气敏特性[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 姜秀榕;α-Fe_2O_3基纳米气敏材料的微乳液法制备、表征及气敏性能研究[D];福州大学;2006年
2 王鹏飞;纳米γ-Fe_2O_3粉体的室温固相制备、表征及钴掺杂研究[D];苏州大学;2007年
3 熊隆荣;油酸钠包覆Fe304磁流体的制备及其包覆结构研究[D];四川大学;2007年
4 韩丽红;微反应器中催化制备α-Fe_2O_3纳米颗粒[D];河北师范大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡鸿飞,李大成,吉红兵;纳米氧化铁的制备方法及进展[J];四川有色金属;2001年01期
2 吴兴惠,李艳峰,周桢来,田子华;实现气敏元件高选择性的一种方法[J];半导体学报;1993年07期
3 郑嘹赢,徐明霞,徐廷献;掺铂TiO_(2-x)氧敏薄膜的制备和性能[J];半导体学报;1999年11期
4 程英芳,任玉芳,王宏;Nd_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3热敏和气敏性质的研究[J];传感技术学报;1990年01期
5 徐甲强,沈瑜生,曾桓兴,王弘;超微粒氧化铁的制备与气敏性能的研究[J];传感技术学报;1990年04期
6 谷丰,张耀华,李民强;多层薄膜结构气敏效应研究[J];传感技术学报;1991年02期
7 杨爱民,刘玫,陈占先,洪品杰,吴兴惠;环己烷在WO_3上的吸附反应研究[J];传感技术学报;1991年02期
8 程英芳,任玉芳;La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3)结构、气敏和导电性的研究[J];传感技术学报;1992年02期
9 邹志刚;厚膜型γ—Fe_2O_3气敏元件的一次烧成工艺及气敏特性的研究[J];传感器技术;1987年04期
10 郭宗文,任先武,张洪泉,周真;抗H_2S中毒催化元件[J];传感器技术;1999年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 袁昊;程知萱;张源;解丽丽;;In_2O_3纳米孔材料的制备及其甲醛气敏性能研究[J];材料导报;2009年14期
2 孙彤,沈瑜生,刘勇;α-Fe_2O_3基纳米材料催化和气敏性质的研究[J];科学通报;1995年08期
3 徐甲强;新型气敏材料研究I:ZnS的制备与气敏性能(英文)[J];郑州轻工业学院学报;1996年02期
4 魏昂;高志强;;基于ZnO纳米结构的H_2、NH_3气体敏感性研究[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2008年01期
5 程知萱,李玲,陈海华,潘庆谊;掺杂纳米NiO粉体材料的气敏性能研究[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2004年04期
6 都有为,陈鹏,朱建民,邢定钰;纳米结构Zn_xFe_(3-x)O_4-α-Fe_2O_3多晶材料中的巨隧道磁电阻效应[J];物理学报;2001年11期
7 潘庆谊;徐甲强;刘铭;王国喜;;α-Fe_2O_3超微粒的制备及其气敏性能的研究[J];河南科学;1990年02期
8 应邦育;李扬;杨慕杰;;纳米结构聚苯胺及其复合气敏材料研究进展[J];高分子材料科学与工程;2010年04期
9 秦玉楠;软磁用α-Fe_2O_3生产新工艺[J];精细与专用化学品;1994年16期
10 徐甲强,胡平,秦建华,谷书华;Ru-ZnO气敏材料的敏感特性研究[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);1998年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘刚;赵江;;纳米结构化三相接触线的新效应[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
2 江雷;;仿生智能多尺度界面材料[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
3 王菲;梁金生;汤庆国;;海泡石环境矿物材料的纳米结构及应用[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
4 李素梅;刘文彬;李常亮;;纳米结构二氧化锰的合成及其对持久性有机污染物热降解的研究[A];持久性有机污染物论坛2011暨第六届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2011年
5 杨建辉;王海水;张洪杰;逯乐慧;施伟东;;贵金属(Au、Pt、Pd)空心纳米结构的研究[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
6 董晓雯;陈海华;潘庆谊;程知萱;;纳米NiO的合成及其气敏特性研究[A];第八届全国气湿敏传感器技术学术交流会论文集[C];2004年
7 杨策;曾瑶;吴佳佳;侯仰龙;;Fe_3O_4各向异性纳米结构的控制合成及其相关性质[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
8 黄逸凡;朱红平;赵刘斌;吴德印;任斌;田中群;;金、银纳米结构上的对巯基苯胺的表面增强拉曼光谱研究[A];第十六届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2011年
9 侯建国;;纳米结构与性能调控[A];中国化学会第二十四届学术年会论文摘要集[C];2004年
10 贾薇娜;贾博祥;曲凤玉;武祥;;形貌可控的硫化锌纳米结构自组装及其黄光发射和疏水性质[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 周清春;第四次科技浪潮由纳米开始[N];中国矿业报;2005年
2 记者 戴恩国 高显洲 通讯员 丁义浩;纳米结构合金钢在东大成功问世[N];中国冶金报;2006年
3 记者 刘霞;英研制新一代纳米化学反应器[N];科技日报;2008年
4 章迪思;上海“纳米军团”领衔三大国家项目[N];解放日报;2007年
5 记者 王彬;张万喜:科研要有市场观[N];协商新报;2007年
6 王立;纳米信息技术市场前景广阔[N];中国知识产权报;2008年
7 本报记者 操秀英;进军多学科前沿交叉新领域[N];科技日报;2010年
8 吴铭;科学家获得光子晶体纳米结构[N];中国石油报;2003年
9 通讯员  喇玉娟 记者  刘芃;DNA “折纸术”绘出中国地图[N];上海科技报;2006年
10 记者 唐婷;专家提出我国应加强纳米信息技术研究[N];科技日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王燕;低维α-Fe_2O_3纳米材料的合成、改性及气敏性能研究[D];南开大学;2009年
2 王君礼;金属磷化物纳米结构的设计合成与形成机理[D];中国科学技术大学;2010年
3 蒋蓉蓉;纳米结构二氧化锰的制备及其作为电化学电容器电极材料的研究[D];复旦大学;2010年
4 李强;ZnO、MnO_2、氧化硅纳米结构的合成及其物理化学性能研究[D];合肥工业大学;2011年
5 杨海峰;片状介孔材料的制备及其在纳米结构模板合成中的应用[D];复旦大学;2004年
6 万青;零维Ge和一维ZnO纳米结构与器件[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2004年
7 霍子扬;过渡金属氧化物纳米结构的调控合成、组装及其性能研究[D];清华大学;2009年
8 郑先锋;镍基磷化物新型纳米结构的合成、组装和磁性质[D];华中科技大学;2010年
9 薛鹏冲;手性小分子有机凝胶剂的合成、组装及其模板构筑无机纳米结构[D];吉林大学;2005年
10 王辰光;几种金属氧化物和空心纳米结构的形貌控制合成[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘延辉;特殊形态纳米ZnO气敏性能研究[D];华中科技大学;2005年
2 宋明歆;SnO_2气敏性能与微观结构[D];哈尔滨理工大学;2005年
3 杨明;全固态电化学一氧化碳传感技术研究[D];北京化工大学;2002年
4 邵晶;半固态和全固态控制电位电解型SO_2气体传感器的研究[D];甘肃工业大学;2001年
5 林锋;ZrO_2/Y_2O_3纳米结构粉末及热障涂层的研制[D];中南大学;2004年
6 陈金霞;纳米碳管气体传感器及钯和铜的掺杂研究[D];浙江大学;2005年
7 陶鹏;纳米结构MgZnO的制备和表征[D];兰州大学;2010年
8 刘博;硅基微结构SnO_2气体传感器结构改进研究[D];大连理工大学;2010年
9 闫丽丽;纳米结构Cu_2O阵列薄膜的铜阳极氧化法制备及其光电化学性能研究[D];华中师范大学;2011年
10 杨晓辉;纳米结构TiO_2的制备、组装机理及光催化性能的研究[D];河北师范大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026