WO纳米粉体的合成、掺杂及其气敏性能研究

摘要

现代生产和生活中,各种污染性气体随时都威胁着人们的生命财产安全,所以,对半导体气体传感器的研究和应用越来越受到人们的关注。随着工业的发展及环境检测技术的进步,对气敏材料的要求也越来越高。因此,改进气敏材料的气敏性能成为传感器领域近年来的研究热点。本论文对气敏传感器的工作原理、发展状况及应用情况进行了系统的概括和总结,全面综述了WO3基纳米材料的研究新进展、WO3纳米粉体的制备和掺杂。实验部分采用固相法和共沉淀法制备了纯WO3和掺杂的WO3,并利用XRD对所得样品的物相进行了分析,结合Scherrer公式对晶粒的原始尺寸进行了计算;用TEM对纳米粉体的粒径和形貌进行了观察;将所制得的纳米粉体制成气敏元件,用静态配气法测试了元件的气敏性质,研究了不同制备方法、煅烧温度、工作温度、气体浓度及掺杂量对气敏性能的影响,并计算出了响应时间和恢复时间。
　　 采用固相法和共沉淀法合成了一系列La2O3-WO3纳米粉体,讨论了不同合成方法对粉体粒径、形貌及气敏性能的影响,结果表明,用共沉淀法所得的元件在4.0v电压下对50ppm的丙酮的灵敏度达到49.2,用固相法所得的元件在4.5v电压下对50ppm的丙酮的灵敏度为36.7;本论文的以下实验中均采用共沉淀法,当掺入Y3+时,经600℃煅烧后的样品在不同掺杂量的情况下对不同的气体都有较高的灵敏度,当x(Y3+)=0.5％时,元件在3.5v电压下对30ppm的NO2气体的灵敏度高达743.74,当x(Y3+)=3％时,元件在4.0v电压下对30ppm的乙醇气体的灵敏度高达224.34;当掺入Ho3+的物质的量分数为1％时,元件对30ppm的H2S的灵敏度为145.2;用同样的方法还制得了Sm3+、Eu3+、Tb3+掺杂的WO3基纳米材料,气敏性能的测试结果表明,1％Eu3+-WO3、5％Tb3+-WO3不仅对30ppm的NO2具有很高的灵敏度(灵敏度均在1000以上),较低的工作温度(100℃),而且还有较短的响应时间(2-3s)。
　　 实验中通过不同离子的掺杂,提高了WO3对部分气体的选择性及灵敏度,该结果为工农业生产和日常生活中的环境检测提供了有价值的参考。