氧化钯基敏感材料的制备及室温气敏特性研究

摘要

气体传感器中，应用最为广泛的电阻式金属氧化物在检测各类污染气体及易燃易爆气体时大多需要150～400℃的工作温度，较高的工作温度在功耗、稳定性及安全性上都存在不足。因此，室温半导体传感器的研究具有重要意义。近年来，氧化钯作为一种窄带隙p型半导体氧化物，其本身的气敏特性开始得到关注。本文以PdO为主要气敏材料，采用不同方法制备得到了PdO纳米材料，并对其室温下气敏特性进行了研究，主要工作内容如下:
　　采用沉淀法，制备得到了由直径约为10nm的颗粒堆叠而成的氧化钯纳米材料，并对其进行了TGA、XRD、SEM表征。使用动态配气系统测试了不阿温度煅烧后的PdO材料对CO的气敏特性，确定了室温下PdO可对CO气体响应，且700℃为最佳的煅烧温度。通过对不同条件下长期处理的PdO材料进行XPS表征，分析得出PdO材料中参与CO氧化过程的氧的类型;通过测试PdO对O2的响应恢复特性及无氧环境下对CO的响应恢复特性，对PdO材料室温下的CO气敏机理进行了分析。
　　采用水热法，以CTAB为分散剂，制备得到了PdO纳米材料，并对其形貌结构等进行了表征。使用静态配气系统，对PdO材料的室温甲醛气敏特性进行测试。通过对比发现当n(PdCl2)∶ n(CTAB)=1∶3时，PdO材料的室温甲醛气敏性能最好。分析了PdO材料的室温甲醛气敏机理，并将水热法和沉淀法制备的PdO材料室温甲醛气敏性能进行了对比，发现水热法制得的材料具有更好的长期稳定性和重复性。
　　采用水热法，制备得到了不同钯铜原子比的PdO/CuO复合纳米材料，并对比了不同比例复合材料的XRD、XPS、SEM表征结果。测试材料在室温对甲醛气体的气敏特性，发现钯铜原子比为1∶2的复合材料对甲醛的响应特性最优，且与纯PdO相比，发现其室温甲醛气敏响应值有明显提升。通过分析材料微观形貌及异质结构，研究了复合纳米材料的气敏机理及改善敏感特性的原因。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 金属氧化物半导体气敏材料

1．1．1 金属氧化物半导体气敏材料的分类

1．1．2 金属氧化物半导体气敏材料的制备方法

1．1．3 金属氧化物半导体气敏材料气敏机理简述

1．1．4 改善金属氧化物半导体气敏特性的方法

1．2 室温工作的金属氧化物半导体气体传感器的研究现状

1．2．1 降低半导体传感器工作温度的方法

1．2．2 室温工作气体传感器研究现状

1．3 贵金属钯(Pd)及其氧化物(PdO)

1．3．1 钯及氧化钯的主要应用领域

1．3．2 钯及氧化钯在半导体气敏材料中的应用

1．4 本文的研究内容及研究意义

2 PdO敏感材料低温CO气敏特性测试及敏感原理的探究

2．1 动态测试系统介绍

2．1．1 气敏元件的制作

2．1．2 动态测试系统

2．2 沉淀法制备PdO及其对CO气敏特性及机理探究

2．2．1 沉淀法制备PdO纳米材料

2．2．2 沉淀法制备的PdO纳米材料的表征

2．2．3 沉淀法制备的PdO纳米材料的CO气敏特性测试

2．2．4 PdO纳米材料对CO敏感机理探究

2．3 本章小结

3 水热法PdO纳米材料的制备及甲醛气敏特性研究

3．1 静态测试系统介绍

3．1．1 气敏元件制作

3．1．2 静态测试系统

3．2 PdO纳米材料制备及室温甲醛气敏特性研究

3．2．1 水热法制备PdO材料

3．2．2 不同浓度分散剂对PdO材料的影响

3．2．3 水热法PdO材料甲醛气敏特性研究

3．2．4 分散剂浓度对甲醛气敏特性的影响及机理分析

3．3 沉淀法与水热法制备的PdO材料对比

3．4 本章小结

4 水热法PdO-CuO复合纳米材料的制备及其甲醛气敏特性

4．1 水热法合成PdO-CuO复合纳米材料及表征

4．1．1 不同钯铜比的PdO-CuO复合纳米材料的制备

4．1．2 不同钯铜比的PdO-CuO复合纳米材料的表征

4．2 PdO-CuO复合纳米材料的甲醛气敏测试

4．3 PdO-CuO复合纳米材料的甲醛气敏机理分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢