TeO2纳米线的制备及其气敏特性研究

摘要

TeO2作为一种宽带隙金属氧化物半导体材料(Eg=4.05eV，at300K)，具有优异的光电、热电及催化等特性，因而在红外遥感、太阳能电池、石油裂化的催化剂、陶瓷和玻璃的着色剂等方面具有广泛的用途。然而，目前对于TeO2材料气敏特性的考察则刚刚起步，研发方向也以TeO2薄膜材料为主。为了获得具有更大比表面积的TeO2材料，本论文采用热蒸发法制备TeO2纳米线，目的是通过优化制备条件获得具有结晶好、长径比高、产量大的TeO2纳米线，从而应用于气体传感器进行气敏特性研究。
　　以金属Te粉为原材料，采用热蒸发法在不同的基板材质、加热温度、加热时间和空气流速条件下制备TeO2纳米线，通过XRD、SEM、EDS等表征结果对制备条件进行优化。结果表明，在镀金Glass基板、加热温度450℃、加热时间2h、0mL/min的空气流速条件下为获得具有结晶好、长径比高、产量大的TeO2纳米线的最佳制备条件，并利用TEM和FTIR对该条件下获得的TeO2纳米线进一步的观察和分析。
　　将最佳制备条件下获得的TeO2纳米线制备成气体传感器元件，通过静态配气法考察了其对甲醇、乙醇和丙醇的气敏性能。结果表明，TeO2纳米线对三种醇类气体表现出良好的气敏响应-恢复特性，而且响应和恢复速度快;在室温及50℃左右的工作温度下获得对醇类气体的最佳灵敏度，有助于降低能耗和延长传感器寿命;随着被检测醇类气体浓度的增加，TeO2纳米线对被检测气体的灵敏度均呈上升趋势;TeO2纳米线的气体选择性表现为甲醇＞乙醇＞丙醇。
　　对比纳米材料的VLS和VS生长机理特征，确定TeO2纳米线遵循VS生长机理，并对生长过程进行了模拟。以试验结果和理论分析为基础，深入研究了TeO2纳米线的气敏反应机理，表明从材料微结构设计角度来开发未来的新型气体传感器是一种有效的方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 气体传感器的分类与发展

1．1．1 传感器的定义与分类

1．1．2 气体传感器的发展概况

1．1．3 气体传感器的应用

1．2 气体传感器的工作原理

1．3 气体传感器的性能参数

1．3．1 工作温度

1．3．2 灵敏度

1．3．3 响应-恢复速度

1．3．4 选择性

1．3．5 稳定性

1．4 纳米材料在气体传感器中的应用

1．5 气体传感器的发展趋势

1．5．1 新型气敏材料与制作工艺的研究开发

1．5．2 新型气体传感器的研制

1．5．3 气体传感器智能化

1．6 本论文的选题思路和主要研究内容

第2章 试验材料与研究方法

2．1 试验材料

2．2 试验用仪器及设备

2．3 研究方法

2．3．1 TeO2纳米线的制备方法

2．3．2 TeO2纳米线的结构表征方法

2．3．3 TeO2纳米线的产量检测方法

2．3．4 气敏元件的组装与性能测试

第3章 TeO2纳米线的制备及结构表征

3．1 基板材质对TeO2纳米线制备的影响

3．1．1 Glass基板

3．1．2 Si基板

3．1．3 Al2O3基板

3．2 加热温度对TeO2纳米线制备的影响

3．3 加热时间对TeO2纳米线制备的影响

3．4 空气流速对TeO2纳米线制备的影响

3．5 制备条件的优化

3．6 小结

第4章 TeO2纳米线的气敏特性研究

4．1 TeO2纳米线的气敏响应-恢复特性

4．2 工作温度对灵敏度的影响

4．3 气体浓度对灵敏度的影响

4．4 气体选择性的影响

4．5 小结

第5章 TeO2纳米线生长机理及气敏机理

5．1 TeO2纳米线的生长机理

5．1．1 一维纳米材料的生长机理

5．1．2 TeO2纳米线的生长机理初探

5．2 TeO2纳米线的气敏机理探讨

5．2．1 TeO2纳米材料的导电机理

5．2．2 TeO2纳米材料与被检测气体的反应原理

5．3 小结

第6章 结论

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文以及获奖情况