三氧化鎢基氣敏材料的形貌控制和銅摻雜對(duì)丙酮響應(yīng)的影響.pdf

1、丙酮是重要的有機(jī)合成原料，也可以作為溶解許多有機(jī)化合物的重要溶劑。在常溫下丙酮就具有很高的揮發(fā)性，吸入高濃度的丙酮，會(huì)對(duì)人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)起到抑制和麻醉作用，可能造成人體肝、腎和胰腺等器官的損害。此外，丙酮還是人體代謝的一種產(chǎn)物，呼氣中丙酮濃度的高低可以反映人體的健康狀態(tài)。因此，不論是在工業(yè)生產(chǎn)或是醫(yī)療領(lǐng)域，對(duì)丙酮?dú)怏w濃度的檢測(cè)具有重要意義。金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器，由于其靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、能耗與成本低、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)

2、用于對(duì)各種目標(biāo)氣體的檢測(cè)上。WO3是研究最多的檢測(cè)丙酮的氣敏材料之一，其氣敏機(jī)理是基于丙酮分子與吸附在WO3表面上的氧物種的氧化還原反應(yīng)。WO3形貌和微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控以及摻雜，可以影響氣體分子在材料表面的吸附及化學(xué)反應(yīng)，從而影響材料的氣敏性能。本論文通過(guò)溶劑熱法制備了三種形貌的氧化鎢，即空心球狀、海膽狀和片狀的氧化鎢，并對(duì)空心球狀氧化鎢進(jìn)行了銅摻雜，采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、BET、TG、XPS等對(duì)所制備的材料進(jìn)行了表征，系

3、統(tǒng)地研究了材料的形貌、微觀結(jié)構(gòu)及摻雜對(duì)丙酮的靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性的影響。主要結(jié)果如下：
　　1)通過(guò)溶劑熱法制備了空心球狀、海膽狀和片狀的氧化鎢，其中空心球狀直徑約520 nm，表面積為110 m2/g；海膽狀直徑約460 nm，表面積為69 m2/g。研究了煅燒溫度和工作溫度對(duì)不同形貌材料的氣敏性能的影響，得到空心球狀氧化鎢經(jīng)550 oC煅燒處理，在340 oC的工作溫度下，對(duì)丙酮的氣敏性能最好。并研究了空心球狀氧化鎢的選擇性

4、，在相同的條件下，對(duì)無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇、苯、甲酸、甲醛和氨水進(jìn)行氣敏測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該材料對(duì)這些氣體，即使?jié)舛冗_(dá)到5 ppm也幾乎無(wú)響應(yīng)，可見(jiàn)所制備的材料對(duì)丙酮?dú)怏w具有很高的選擇性。最后研究了相對(duì)濕度對(duì)空心球狀氧化鎢氣敏性能的影響，當(dāng)RH=15％時(shí)，對(duì)0.5 ppm、1 ppm、2 ppm丙酮的靈敏度為：3.32、4.24、5.20；當(dāng)RH>95%時(shí)，對(duì)0.5 ppm、1 ppm、2 ppm丙酮的靈敏度為：1.65、1.81、2.23。

5、>　　2)對(duì)氣敏響應(yīng)最佳的空心球狀的氧化鎢進(jìn)行了銅摻雜研究。XPS研究表明，Cu2p3/2峰出現(xiàn)，隨著銅的摻雜量增加，W4f向更高結(jié)合能的位移增加，說(shuō)明銅摻雜進(jìn)了氧化鎢的晶格。研究了銅摻雜量、煅燒溫度和工作溫度對(duì)空心球狀氧化鎢的氣敏性能的影響，得到3%銅摻雜的空心球狀氧化鎢經(jīng)550 oC煅燒處理，在340 oC的工作溫度下，對(duì)丙酮的氣敏性能最好。并研究了3%銅摻雜空心球狀氧化鎢的選擇性，在相同的條件下，對(duì)無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇、苯、甲酸、甲