In2O3納米纖維的制備及甲醛氣敏特性研究.pdf

1、現(xiàn)有半導(dǎo)體金屬氧化物氣體傳感器的靈敏度較低，選擇性和穩(wěn)定性較差，且功耗較高，使其廣泛應(yīng)用受限，因此改善這些不足是目前的主要研究?jī)?nèi)容。本文選用靜電紡絲法制備出一維介孔In2O3納米纖維，并做了TG-DTA、XRD、SEM和TEM表征。后以In2O3為基體材料，對(duì)其進(jìn)行不用濃度的CdO復(fù)合和Cd摻雜，將復(fù)合材料制作成氣敏元件，研究了摻雜劑及摻雜比例的不同對(duì)In2O3氣敏特性的影響，并進(jìn)行相關(guān)氣敏機(jī)理分析。最后，本文研究了In2O3與TiO2

2、納米纖維以摩爾比1∶1復(fù)合時(shí)，氣敏元件在加熱和紫外光激發(fā)下兩種工作條件下的氣敏特性，并分析兩種條件下的氣敏機(jī)理。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下三部分:
　　一、用電紡絲法制備了In(NO3)3/PVP前驅(qū)物，在500℃、600℃、700℃三種溫度下燒結(jié)得到In2O3納米纖維。相關(guān)表征及氣敏測(cè)試表明，500℃燒結(jié)所得的納米纖維呈介孔結(jié)構(gòu)，粒徑為最小，約為24nm，對(duì)甲醛響應(yīng)最高。用電紡絲法進(jìn)一步合成CdO，并將In2O3與

3、之以不同摩爾比(1∶1、10∶1、20∶1)復(fù)合，對(duì)比測(cè)試了純In2O3及In2O3/CdO復(fù)合材料的氣敏特性，結(jié)果表明當(dāng)In2O3與CdO以摩爾比10∶1復(fù)合時(shí)，表現(xiàn)出最佳的氣敏特性，工作溫度為200℃，對(duì)10 ppm甲醛的響應(yīng)為13.6，響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間為140 s/32 s。
　　二、用In(NO3)3·4.5H2O與Cd(NO3)2·4H2O為主要原材料，以In/Cd摩爾比分別為20/1、10/1、1/1混合配制成三種不同的

4、紡絲前驅(qū)液，紡絲后在500℃燒結(jié)成納米纖維，XRD、SEM及TEM表征說明，三種纖維的直徑依次約為52 nm、76 nm、88 nm;粒徑依次約為19nm、24 nm、42 nm。氣敏特性測(cè)試表明，In/Cd摩爾比為10/1的納米纖維(In10Cd1)氣敏性能最好，其最佳工作溫度為280℃時(shí)，對(duì)10 ppm甲醛的響應(yīng)為15.2，且對(duì)甲醛表現(xiàn)出良好的選擇性。
　　三、用電紡絲法合成TiO2納米纖維，XRD、SEM及TEM表征說明纖維

5、直徑約為80 nm，粒徑約為32nm。將TiO2與已制備的介孔In2O3納米纖維以摩爾比1∶1復(fù)合后制成氣敏元件。對(duì)比測(cè)試該氣敏元件和純In2O3氣敏元件分別在280℃加熱下和室溫紫外光激發(fā)的條件下對(duì)甲醛的響應(yīng)。結(jié)果表明，兩種條件下復(fù)合材料的氣敏特性均優(yōu)于純In2O3。復(fù)合材料的氣敏元件在加熱時(shí)對(duì)1 ppm甲醛的響應(yīng)可達(dá)6左右，響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間為60 s/80 s，但加熱時(shí)濕度對(duì)元件響應(yīng)的影響較大。紫外光激發(fā)條件下，元件對(duì)100 ppm甲