氧化亞鈷納米材料的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其氣敏性能研究.pdf

1、過(guò)渡金屬氧化物作為常見(jiàn)的半導(dǎo)體氣敏傳感器材料，以其高靈敏度、快速響應(yīng)、低能耗與成本、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的工業(yè)應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究。本課題選擇了CoO作為氣敏材料的研究體系，利用溶劑熱法和水熱法等簡(jiǎn)單的制備工藝，通過(guò)控制溶劑種類(lèi)、水熱時(shí)間、溫度以及熱處理制度，合成出了具有不同形貌、不同相結(jié)構(gòu)的CoO，采用離子摻雜對(duì)CoO進(jìn)行熱穩(wěn)定性和氣敏性能的優(yōu)化，進(jìn)而研究了材料微觀形貌、物相結(jié)構(gòu)以及離子摻雜對(duì)氣敏性能的影響。
　　在調(diào)控不同形貌

2、CoO納米材料的合成過(guò)程中，通過(guò)改變鈷源、結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑水熱溫度與時(shí)間等條件，分別制備了零維、一維和二維等不同維度的納米CoO。在不同相結(jié)構(gòu)CoO納米材料的制備過(guò)程中，選擇CoO納米棒進(jìn)行物相結(jié)構(gòu)的調(diào)控，通過(guò)改變熱處理溫度和保溫時(shí)間，成功合成出了立方相、立方四方混合相和四方相的納米CoO。
　　不同形貌的CoO納米材料對(duì)乙醇?xì)怏w敏感性能存在較大的差異。對(duì)于零維CoO納米材料，晶粒尺寸較小、孔隙率較大的納米顆粒樣品對(duì)乙醇的響應(yīng)量更大;對(duì)

3、于不同維度的納米片與納米顆粒的氣敏性能存在較大差距，這歸結(jié)為納米顆粒樣品比表面積大于納米片，比表面積越大，納米CoO材料的敏感性能越強(qiáng)。因此，晶粒尺寸、孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積等微觀形貌的改善對(duì)提高CoO的氣體敏感響應(yīng)量有重要作用。
　　CoO納米材料物相結(jié)構(gòu)的不同對(duì)其氣敏性能也有著重要的影響。四方相CoO的工作溫度為110℃，低于立方相和混合相的130℃;在對(duì)各種氣體的響應(yīng)靈敏度上，四方相CoO有著明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)100ppm乙醇

4、的響應(yīng)量到達(dá)30左右，而另外兩者分別為19.56（立方四方混合相）和11.14（立方相）。四方相CoO之所以能夠引起對(duì)各種氣體響應(yīng)量的提升，是由于其對(duì)稱性相對(duì)較低、體系較為活躍，導(dǎo)致其與極性氣體分子之間的吸附作用力增強(qiáng)，在材料表面發(fā)生敏化反應(yīng)的程度更為徹底，進(jìn)而表現(xiàn)出對(duì)氣體更具優(yōu)勢(shì)的敏感響應(yīng)。
　　過(guò)渡金屬Fe2+的摻雜對(duì)CoO納米棒在物相組成、微觀形貌、熱穩(wěn)定性和氣敏性能方面均存在一定的影響。Fe2+摻雜后，CoO納米棒的四方相