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三维ZnO、SnO_2纳米花的构筑及其气敏特性的研究

蒋小红  
【摘要】:纳米科技和纳米材料的快速增长标志着人类社会的进步,有助于人们生活质量的提高。除了利用常规方法合成纳米材料之外,探索和开发简单高效、廉价环保的新路线来制备新型纳米结构材料就显得尤为重要,而且开拓出新的材料对于纳米科学的发展来说会有非常重大的意义,同时也是今后纳米科技发展的核心。本文通过水热合成法制备出三维的氧化锌/氧化锡纳米花金属氧化物材料,以此来获得高性能气敏材料。我们利用不断的改变实验条件系统地合成出三维的由棒组成的花状,多孔的花状和蝴蝶状等具有特殊形貌结构的纳米材料。本论文的主要研究内容结果如下:1.我们主要采用操作简单和成本低廉的水热合成法来通过改变加入的表面活性剂来得到不同形貌的ZnO气敏材料,并用X射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射扫描电镜(TEM)等表征技术手段对所得的样品进行了结构和外貌的分析。所得结果表明,PVP、CTAB、PEG都可以作为合成ZnO气敏材料的表面活性剂,但在同等其他实验条件下加入不同表面活性剂时所获得的样品的形貌有很大的差异,在不加任何表面活性剂或者加入PVP、CTAB时所得到的样品呈现的是哑铃状的形貌,但当加入PEG时,所得到的样品是ZnO花状结构,因此,从以上讨论我们得到PEG在ZnO花状结构的形成过程中扮演了一个关键的角色。敏感性测试结果证明,花状结构可以显著提高半导体材料的气敏性能。2.通过简单的一步低温水热法合成由2D片状结构组装而成的3D花状结构SnO_2金属氧化物材料,通过合理调控热液时间可以有效地控制三维多级花状结构的外貌。结果发现,多孔的纳米花特殊形貌为待测气体分子提供了较大的接触表面和宽敞的内部空间,有利于气体的渗透和扩散从而加速气敏响应,使得多孔的纳米花更有作为乙醇传感器材料的潜能。3.在多孔纳米花的基础上进一步通过改变实验条件制备出蝴蝶状的二氧化锡气敏材料。结果表明,蝴蝶状的氧化锡纳米花传感器在最佳的操作温度300°C下对乙醇气体具有高的响应,短的响应修复时间和良好的选择性。这归因于多孔的结构提供了更多的气体活跃位点和扩散输送通道,从而增大了样品的比表面积。


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