用于检测爆炸性气体的高灵敏高选择性的纳米传感器的研究与应用

摘要

纳米材料由于其形貌的特殊性，呈现出优于普通材料甚至与普通材料不同的性质，引起了人们的广泛关注。在这其中，金属氧化物纳米材料已经被广泛应用于气敏性传感器、湿敏性传感器、纳米催化剂、磁性材料、红外、紫外吸收材料等领域。本论文发展了模板法、溶胶凝胶法、水热法等合成方法，合成了多种半导体纳米材料，包括纳米管，纳米线，纳米棒，纳米颗粒等。并对其形貌进行了分析，旨在获取纳米材料与爆炸性气体物质作用的信息。为其研究应用提供了理论基础。 半导体氧化物气敏材料应有如下几个特点：(1)选择性好，能够在多种爆炸性气体共存情况下仅对目标气体有明显反应；(2)灵敏度高：(3)长期工作稳定性好；(4)响应时间短；(5)寿命长。同时形貌的不同对纳米材料的气敏性也具有不同的影响。 本论文主要内容如下： 第一章，综述了不同形貌纳米材料的性质及应用，介绍了主要的制备纳米材料的方法；半导体金属氧化物对爆炸性气体气敏性的研究现状及应用前景，以及本论文的爆炸性气体气敏性的特点;并简单介绍了主要测试设备和主要测试手段。 第二章，以钛酸四丁酯、二水氯化亚锡为原料，两次采用了模板法制备出了SnO2-TiO2复合纳米管，通过一系列表征手段对该纳米管产物进行了充分的表征。并对此复合纳米管进行了气敏性的研究，发现此纳米材料对CH4，H2等爆炸性气体均有传感性。之前SnO2-TiO2复合纳米材料主要用于光催化的研究。 第三章，以二水氯化亚锡、五水氯化锡等为原料，采用模板法、水热法、溶胶凝胶法制备出了SnO2纳米管、纳米棒、纳米线以及纳米颗粒等，并探讨了反应过程中反应温度、时间、反应体系pH、表面活性剂等因素对产物尺寸和形貌的影响。经过一系列的表征后，将所得产物经过一系列工艺制作成气敏传感器，检测SnO2纳米材料对各种爆炸性气体的气敏性。 第四章，以钛酸四丁酯为原料，采用氧化还原溶胶凝胶法、模板法制备出了TiO2：纳米管；水热法制备出了TiO2纳米颗粒。采用廉价的反应原料ZnCl2、SnCl4-5H2O，以NaOH溶液为沉淀剂，通过水热法制备出了放射状ZnO-SnO2复合纳米材料。对此两种纳米材料分别研究了各种实验条件对产物形貌的影响：对TiO2纳米管的形成机理进行了探讨；对ZnO-SnO2复合纳米材料着重研究了不同的表面活性剂对其形貌的影响，最终确定了十六烷基三甲基溴化铵。对这两种材料进行表征后，并对它们的气敏性进行了检测，由于单纯的TiO2纳米结构对爆炸性气体的敏感度一般，不如单纯Sn02和SnO2-TiO2复合纳米管，只是对合成SnO2-TiO2复合纳米管进行了第一层的试验铺垫。而ZnO-SnO2复合纳米材料对还原性气体表现出广泛的气敏性。

目录

声明

摘要

第一章前言

第一节纳米材料概述及其制备进展

第二节半导体金属氧化物气敏性的研究

第三节主要设备和测试手段

参考文献

第二章TiO2-SnO2复合纳米管的合成、表征和气敏性检测

2.1引言

2.2实验步骤及影响因素

2.3 TiO2-SnO2复合纳米管的结构表征

2.4.TiO2-SnO2复合纳米管的气敏性检测

参考文献

英文译稿

第三章SnO2纳米材料的合成、表征及气敏性的检测

3.1引言

3.2实验步骤及试验影响因素

3.3产物的表征

3.4气敏性结果及讨论

参考文献

第四章TiO2、SnO2-ZnO纳米材料的合成、表征及气敏性的检测

4.1引言

4.2实验步骤及试验影响因素

4.3产物的表征

4.4气敏性结果及讨论

参考文献

本人在研究生期间参与的课题

致谢