面向VOC氣體檢測的氧化物纖維與Y型沸石的氣敏性能及其機理研究.pdf

1、氣體傳感器已經(jīng)成為現(xiàn)代社會的生產(chǎn)和生活中不可或缺的器件，其應用范圍從外太空的氣體檢測到室內(nèi)空氣的監(jiān)控，從工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測到醫(yī)學疾病的診斷。傳感器存在于現(xiàn)代自動化系統(tǒng)中的諸多方面，使自動化系統(tǒng)更具智能化。揮發(fā)性有機氣體(VOC)，如乙醇，甲醛和氨氣等，是很多工業(yè)過程中的副產(chǎn)品，并且對人體危害很大，是大氣污染的主要成分。作為氣體傳感技術的核心部分，對具有納米結(jié)構(gòu)和新型氣敏材料的研究倍受重視。
　　本論文面向?qū)OC氣體的檢測，分別研究了鈦

2、摻雜氧化鉻纖維、鎳摻雜氧化錫納米纖維以及銀離子沸石材料的制備表征及其氣敏特性，并研究了沸石離子電導的機理。
　　首先研制了鈦摻雜氧化鉻(CTO)纖維氣體傳感器。不同煅燒溫度對CTO纖維結(jié)構(gòu)影響的研究表明，纖維中氧化物晶體隨著煅燒溫度的升高而長大，直至破壞纖維結(jié)構(gòu)。對CTO纖維制作的傳感器的測試表明，傳感器對乙醇氣體具有良好的氣敏性能;異丙醇是主要干擾氣體之一;傳感器響應隨著濕度上升而下降。采用傳感器響應公式計算了傳感器信號的參數(shù)和

3、響應的擬合數(shù)值。
　　論文采用靜電紡絲技術制備了鎳摻雜和未摻雜的氧化錫納米纖維(NSO)，并研究了其對甲醛的氣敏特性。對材料進行分析的表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鎳摻雜使纖維表面氧化錫晶體扭曲，引起材料活化能、晶體尺寸和化學狀態(tài)的變化。摻雜的氣體傳感器最佳工作溫度為200℃，最小檢測濃度為0.08ppm。傳感器對10ppm甲醛的響應和恢復時間分別為50s和80s。該傳感器在90天內(nèi)對甲醛響應具有很好的穩(wěn)定性。分析了NSO對甲醛的敏感機理。

4、>　　通過研究Ag+移動性隨氨氣變化的機理，本文設計了一種基于銀離子Y型沸石(Ag-Y)傳感器，用于檢測柴油發(fā)動機中的氨氣。分析阻抗譜、紅外、XPS等表征結(jié)果，說明了氨氣有助于Ag+在沸石內(nèi)移動;證明了Ag+-NH3絡合物的形成，并在300℃左右分解;而在過剩氨氣環(huán)境中，部分的Ag+-NH3絡合物可以保持到450℃。對各種氣體的測試表明，該氣敏元件對O2，CO，CO2和丙烷不敏感，NO的干擾很小，濕度影響元件的基線阻抗。
　　顆粒

5、尺寸對材料的離子電導的影響是當今離子材料研究熱點之一。本論文首次系統(tǒng)的研究了不同尺寸的堿金屬交換沸石的離子電導特性，其尺寸分別為沸石薄膜，微米級沸石，亞微米級沸石和納米沸石。利用阻抗技術，計算了多種不同類型沸石的活化能?？傮w來說，沸石的活化能隨著其Si/Al比上升而下降。在沸石顆粒表面通過硅烷表面修飾后，隨著高溫煅燒，在顆粒表面形成硅烷網(wǎng)狀薄膜。這種表面改性對微米級沸石只有很小影響，然而納米級沸石活化能卻上升很大。實驗結(jié)果表明沸石中陽離