光激發(fā)輔助氣敏材料的制備研究.pdf

1、能源危機(jī)與環(huán)境惡化是制約人類發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的兩大問(wèn)題，環(huán)境污染問(wèn)題已呈現(xiàn)全球化的趨勢(shì)，對(duì)有毒有害氣體的檢測(cè)任重而道遠(yuǎn)。氣體傳感器用來(lái)檢測(cè)有害氣體有著成本低廉、檢測(cè)方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，已在與人民生活息息相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。氣敏材料是氣體傳感器的核心，市場(chǎng)上應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體金屬氧化物類氣敏材料有著工作溫度高的缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了其在易燃易爆氣體檢測(cè)方面的應(yīng)用。本文針對(duì)傳統(tǒng)加熱型金屬氧化物類氣體傳感器存在的工作溫度高的問(wèn)題，采用光激發(fā)來(lái)

2、降低材料工作溫度，以實(shí)現(xiàn)材料在低溫下對(duì)有毒氣體的檢測(cè)。具體工作如下:
　　1.針對(duì)三乙胺揮發(fā)氣體的檢測(cè)，我們采用水熱共沉淀法制備了Zn2Fe-LDH鋅鐵氫氧化物前驅(qū)體，將前驅(qū)體置于不同溫度下焙燒得到了復(fù)合金屬氧化物ZnO/ZnFe2O4。在80℃低溫下，借助光照的激發(fā)，我們探究了其對(duì)揮發(fā)性氣體的氣敏響應(yīng)。以三乙胺為代表性氣體，600℃焙燒得到的復(fù)合材料的氣敏性能最佳，不僅響應(yīng)迅速，檢測(cè)限較低，而且有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，ZnO/Z

3、nFe2O4-600可以檢測(cè)濃度低至5 ppm的三乙胺。我們對(duì)比了光照前后材料氣敏性能的變化，發(fā)現(xiàn)光照不僅可以提高靈敏度，還能加快材料對(duì)氣體的響應(yīng)恢復(fù)。我們進(jìn)一步探究了光激發(fā)氣敏反應(yīng)的機(jī)理，材料光照下氣敏性能的提高歸因于光照下材料表面氧負(fù)離子活性增強(qiáng)以及光照后氣敏反應(yīng)的活化能的降低。光激發(fā)是降低復(fù)合氧化物材料工作溫度的一個(gè)有效手段。
　　2.針對(duì)乙醇揮發(fā)性氣體的檢測(cè)，我們采用水熱法制備前驅(qū)體，將前驅(qū)體置于空氣氣氛中焙燒得到了四面體

4、基底表面生長(zhǎng)片狀二級(jí)結(jié)構(gòu)的紡錘形的鋅銦多級(jí)結(jié)構(gòu)氧化物材料，后續(xù)表征證明，多級(jí)結(jié)構(gòu)氧化物實(shí)為銦摻雜的氧化鋅。多級(jí)結(jié)構(gòu)粗糙的表面，大的比表面/體積比使其擁有了更卓越的氣敏性能。我們進(jìn)一步通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究了多級(jí)結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程，探索了銦含量等因素對(duì)材料性能的影響，當(dāng)鋅銦投料比為4∶1時(shí)得到的產(chǎn)物有最佳的氣敏性能。在接近室溫的工作溫度下，借助可見(jiàn)光的激發(fā)，鋅銦多級(jí)結(jié)構(gòu)氧化物對(duì)500 ppm乙醇蒸氣的響應(yīng)值達(dá)到了87左右，已經(jīng)超越了許多金屬氧化物材