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《西北师范大学》 2017年
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Zn掺杂及前驱溶剂对α-Fe_2O_3纳米结构和气敏特性的影响

强珍  
【摘要】:近些年来,由于工业的迅速发展,大量的生产和燃烧化石燃料,车辆尾气,生物生物代谢等因素,越来越多的有毒气体被排放到大气中。因此,对有害气体的有效监测显得十分重要。制备气体传感器是目前人们解决气体污染问题最有效果的方式。Fe203近些年成为了各个实验室研究的重点气敏材料,也是本文中主要的研究对象。在各种金属半导体中,α相的氧化铁(α-Fe2O3)被认为是最稳定的气敏传感材料之一,它有较大的禁带宽度(2.1eV)和高的激子束缚能(60 meV)。根据当前的研究现状,合成氧化铁纳米材料的技术已经日趋成熟,如一维的纳米线、纳米管;二维的纳米层;三维的纳米球、纳米立方、纳米花等。但是,系统的研究反应环境对其形貌以及气敏特性的影响依然缺乏研究。因此,我们可以进一步通过改变它的反应参数对其进行优化,例如改变反应溶剂、掺杂、复合和表面修饰等进行形貌改性。三维分层结构的α-Fe203纳米材料有许多优势,比如高的比表面积,开放的结构特性,更少的团聚配置,更高的表面能这些都有效的提高了气体传感器的性能。本论文以三维纳米材料为结构基础,通过控制水-乙醇溶剂体积比以及金属离子掺杂,制备出了不同形貌的功能纳米材料,并对他们的气敏特性进行了研究分析。本文主要的研究工作:1.通过简单的溶剂热技术,改变乙醇在水-乙醇混合液中的比例,制备出了3D花叶状的α相铁氧化物(α-Fe2O3)三维纳米结构和其他三维纳米形态。我们对这些样品的纳米结构和形貌分别通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)进行了表征,此外,再对他们的形态和气敏特性做了详细的研究。结果发现,以80%的乙醇-水混合液作溶剂得到的纳米材料基传感器表现出较低的操作温度(260℃),灵敏的响应和短的响应/恢复时间(约8 s和9 s)。结论表明,三维花叶状的氧化铁(α-Fe2O3)纳米结构是一个潜在的丙酮气体传感器材料。2.通过简单的水热过程和退火炉热处理相结合,我们成功制备了准立方状的α-Fe2O3纳米结构。纳米材料的结构和形貌通过多种技术进行了表征。样品拥有独特的结构,好的结晶度和高的表面能多个优势。通过分析,Zn2+诱导形成的Zn掺杂α-Fe2O3纳米结构与纯α-Fe2O3纳米材料相比形状和粒径都发生了改变。之后,又把Zn掺杂的α-Fe2O3纳米结构当做传感器材料进行了气体测试,Zn掺杂的α-Fe2O3基传感器与纯α-Fe2O3纳米颗粒基传感器相比对丙酮显示出了良好的选择性和更高的响应。此外,Zn掺杂的样品在低浓度下也表现出快速的响应恢复特性。最后,我们对α-Fe2O3纳米结构的生长机理进行了探讨。
【学位授予单位】:西北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O614.811;TB383.1

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