Pd纳米环/TiO2纳米管复合结构氢传感器的制备及其工艺优化研究

摘要

氢气是一种绿色可再生的清洁能源，广泛应用于国民生产生活和国防科技的各个领域。为了保障氢气在制备、运输、存储和利用过程中的安全，研究开发具有响应时间短、灵敏度高、稳定性好的氢气传感器是非常迫切和必要的。
　　本论文主要研究了 Pd纳米环/TiO2纳米管复合结构氢气传感器的制备和工艺优化。本文以金属Ti片为原材料，采用阳极氧化法，在氟化铵（NH4F）/乙二醇电解液体系中制备得到高度有序的TiO2纳米管阵列。通过研究不同水含量电解液对TiO2纳米管阵列表面形貌的影响，表明随着电解液水含量的升高，TiO2纳米管的管径与管隙也随之增加。在此基础上通过水含量来调控TiO2纳米管的表面形貌，研究了TiO2纳米管表面形貌对复合结构氢气传感器性能的影响。结果表明复合结构氢气传感器的灵敏度随着管隙的增加先增大后减小，其中水的质量分数为17.5％的电解液制备得到的TiO2纳米管，表面形貌规则有序，纳米管之间有较佳的间距，由其和 Pd纳米环复合得到的氢气传感器灵敏度最高，在1.6%的氢气浓度下可以达到88%。我们还研究了退火气氛对传感器氢气响应特性的影响，结果发现相较于空气气氛，在氮气气氛中退火的传感器有更快的响应时间和更高的灵敏度，但同时也存在漂移过大和器件不稳定的问题。此外，我们还研究了空气环境对传感器性能的影响，发现在空气环境中存放一个多月后，传感器还能维持一定的稳定性。
　　在对 Pd纳米环/TiO2纳米管复合结构氢气传感器制备及工艺优化的基础上，我们提出了一种基于此复合结构的物理?催化复合敏感机理模型。验证实验的结果表明Pd纳米环在氢敏过程中起到了催化和表面导通两种机理作用。
　　最后，本文对基于 Pd纳米环/TiO2纳米管复合结构的柔性氢气传感器做了可行性探究。成功解决了将阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列薄膜从Ti基底上剥离下来的技术难题，并将其转移到PDMS柔性衬底上，通过磁控溅射法溅射金属Pd，制备了柔性氢气传感器。研究表明，此复合结构氢气传感器对氢气有一定的响应，但存在噪声过大抖动过多等问题，仍需进一步完善。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 氢气传感器的分类

1.3 基于TiO2纳米管的氢气传感器研究现状

1.4 本论文的研究意义及主要内容

第二章 基本原理及实验方法

2.1 实验材料及仪器

2.2 实验原理

2.3 物理性质的表征方法

2.4 技术路线

2.5 本章小结

第三章 TiO2纳米管阵列的可控制备

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 复合结构氢气传感器的制备和表征

4.1 引言

4.2 复合结构氢气传感器的氢敏特性研究

4.3 Pd纳米环/TiO2纳米管复合结构氢气传感器的机理探究

4.4本章小结

第五章 柔性氢气传感器的制备

5.1 引言

5.2 TiO2纳米管阵列的剥离原理

5.3 实验部分

5.4 柔性氢气传感器的制备和测试

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果