聚苯胺复合纳米材料与多孔ZnO纳米材料的制备及气敏性能研究

摘要

气敏传感器作为一种“感官输入”部件，可以有效、快速地检测出有毒气体及可燃性气体，并发出警报，为我们免除许多灾难。为了提高人们的生活水平，如何进一步提高气敏传感器的灵敏度，制备高性能传感器更是重中之重。而气敏材料作为气敏传感器的核心部分，一直以来都是人们的研究重点，这就对气敏材料的性能提出更高的要求。近年来，随着纳米技术的发展，纳米技术在很大程度上改善了传感器的气敏性能。因而，制备纳米结构的导电聚合物及多孔半导体氧化物对于改善气敏传感器的性能具有一定的研究意义。
　　 (1)采用简单的阴离子表面活性剂诱导原位化学聚合法，以过硫酸铵(APS)为氧化剂，在十二烷基硫酸钠(SDS)盐酸溶液中制得珊瑚状聚苯胺(PANI)微纳米材料。并对PANI采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电镜(FE-SEM)进行表征。实验结果表明加入SDS后，可以得到一种珊瑚状分级结构PANI微纳米材料，珊瑚枝长约100nm，直径约20nm。且该材料在室温下对NH3的气敏性能较纯盐酸环境中制得的PANI微纳米球具有更高的灵敏度，更短的响应时间以及更好的稳定性。
　　 (2)采用简单的原位化学聚合方法，制备聚苯胺包覆酸化处理后的多壁碳纳米管(F-MWCNTs)复合材料，通过红外光谱、SEM等手段对PANI/F-MWCNTs复合材料的物理化学性能进行了表征，并探讨室温下改材料对NH3的气敏性能。
　　 (3)采用化学沉淀法将多壁碳纳米管(MWCNTs)掺杂在ZnO中，通过在空气中高温煅烧，使碳纳米管碳化，得到多孔ZnO纳米粉体。用扫描电镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、比表面测试(BET)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对样品进行表征。结果表明，样品组成为六方相纤锌矿结构ZnO，由结构疏散、分散性较好、团聚较小的小颗粒组成。将该ZnO粉体制成气敏原件，并进行气敏性能测试，结果表明，该ZnO纳米材料可在200℃下对乙醇具有较好的灵敏度和选择性。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 传感器简介

1．2 气敏传感器概述

1．2．1 气敏传感器分类

1．2．2 气敏材料分类

1．2．3 气敏传感器的性能评价

1．3 聚苯胺(PANI)概况

1．3．1 聚苯胺的结构与特性

1．3．2 聚苯胺气敏材料研究概况

1．4 CNTs气敏材料研究进展

1．4．1 本征CNTs气敏材料

1．4．2 CNTs气敏材料的改性研究

1．4．3 CNTs气敏材料研究趋势

1．5 金属氧化物半导体气敏材料研究进展

1．5．1 金属氧化物半导体气敏材料的种类

1．5．2 金属氧化物半导体气敏材料的研究趋势

1．6 选题背景与研究意义及主要内容

1．6．1 选题背景与研究意义

1．6．2 主要研究内容

第二章 珊瑚状微纳米结构PANI的制备及气敏性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂、仪器

2．2．2 材料的制备

2．2．3 材料的表征

2．2．4 气敏元件制作、结构与气敏测试原理

2．3 结果与讨论

2．3．1 样品形貌分析

2．3．2 FT-IR分析

2．3．3 气敏性能测试

2．3．4 气敏性能机理

2．4 小结

第三章 PANI/F-MWCNTs复合材料的制备及气敏性研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂及主要实验仪器

3．2．2 酸化处理MWCNTs

3．2．3 PANI/F-MWCNTs复合纳米材料与纯PANI的制备

3．2．4 材料的表征

3．2．5 气敏元件的制备、结构与气敏性能测试原理

3．3 结果与讨论

3．3．1 PANI/FMWCNTs复合纳米材料的FT-IR红外光谱分析

3．3．2 PANI/F-MWCNTs复合纳米材料的形貌结构分析

3．3．3 PANI/F-MWCNTs复合纳米材料的气敏性能测试

3．4 小结

第四章 多孔ZnO纳米材料的制备及其气敏性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要实验试剂及仪器

4．2．2 材料的制备

4．2．3 材料的表征

4．2．4 气敏元件制作与测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 样品物相分析

4．3．2 样品结构与形貌

4．3．3 比表面积测试

4．3．4 红外测试

4．3．5 元件的气敏性能

4．4 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果