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铁酸盐复合氧化物(MFe_2O_4)系列气敏材料的制备及新型气体传感器的研究

杨留方  
【摘要】:本论文系统地研究了铁酸盐复合氧化物(MFe_2O_4)新型气敏材料。采用反滴定化学共沉淀法制备出了NiFe_2O_4、MgFe_2O_4、CdFe_2O_4和Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4纳米粉末,对材料制备方法和工艺、材料结构的表征、材料合成、反应动力学、材料的气敏特性、气敏机理等作了较系统的研究;对新型组合结构气体传感器的原理进行了研究,提出了材料选择原则,制作出了几种组合结构气体传感器。 1、NiFe_2O_4、MgFe_2O_4、CdFe_2O_4和Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4纳米材料的制备工艺、结构表征及性能测试。 (1) 采用反滴定化学共沉淀法制备出了NiFe_2O_4、MgFe_2O_4、CdFe_2O_4和Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4纳米材料,获得了上述材料的最佳制备工艺。 (2) 通过X射线衍射谱测定了粉末的晶粒粒径。在不同热处理温度(350℃~700℃)下获得的NiFe_2O_4晶粒粒径为9~39nm;在500℃~700℃热处理温度下获得的MgFe_2O_4晶粒粒径为14~19nm;在600℃热处理温度下获得的CdFe_2O_4晶粒粒径为80nm;在600℃热处理温度下获得的Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4的晶粒粒径为50nm。用透射电子显微镜(TEM)测量得到的二次粒子的颗粒直径为100nm左右。 (3) 采用室温固相合成方法合成了CdFe_2O_4粉末,与反滴定化学共沉淀法进行了比较。结果表明,反滴定化学共沉淀法,在热处理温度为700℃时可获得单相的CdFe_2O_4;而室温固相合成法,在该热处理温度下获得的产物不是单相的CdFe_2O_4,而是CdO、Fe_2O_3及CdFe_2O_4的混合物,且合成前驱物时,反应激烈,反应热难以控制。 (4) 研究了NiFe_2O_4、MgFe_2O_4的晶粒生长动力学。其生长均遵从Arrhenius方程,2LnD与1/T满足单一线性关系。通过计算,得出NiFe_2O_4在350~700℃之间晶粒生长活化能为42.00 kJ/mol;MgFe_2O_4材料在500~700℃范围内晶粒生长的活化能为17.58kJ/mol。 (5) 对NiFe_2O_4、MgFe_2O_4、CdFe_2O_4和Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4纳米粉末的气敏特性进行了测量。通过实验发现,在一定的工作温度下,NiFe_2O_4纳米超细粉体对甲苯(C_6H_5CH_3)敏感性高,MgFe_2O_4对丙酮(CH_3COCH_3)敏感性高,


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