靜電紡絲SnO2納米管微結(jié)構(gòu)調(diào)控及其對氣敏性能的影響.pdf

1、當(dāng)前的大氣污染問題十分嚴(yán)重，人們對于高敏感高響應(yīng)的氣敏傳感器的需求十分迫切。金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器具有應(yīng)用范圍廣泛，敏感度高，測試條件簡單方便等優(yōu)點，是理想的氣體檢測設(shè)備。金屬氧化物的氣敏反應(yīng)依賴于發(fā)生在固氣界面的氣敏催化反應(yīng)，這一反應(yīng)與金屬氧化物的比表面積，顆粒尺寸大小，多孔結(jié)構(gòu)以及缺陷，異質(zhì)界面等微結(jié)構(gòu)特性關(guān)系緊密。本論文關(guān)注金屬氧化物微結(jié)構(gòu)特性對氣敏性能的影響，利用靜電紡絲技術(shù)，通過對SnO2納米管的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，建立了材料

2、微結(jié)構(gòu)特性與其氣敏性能之間的聯(lián)系。
　　首先對靜電紡絲方法制備的 SnO2納米管的形成機制進(jìn)行了研究。實驗證明PVP/SnCl2電紡纖維在燒結(jié)過程中經(jīng)歷了實心纖維-管中線結(jié)構(gòu)-管狀結(jié)構(gòu)這一系列變化。通過將對燒結(jié)產(chǎn)物以及揮發(fā)產(chǎn)物的分析與形貌變化相結(jié)合，將SnO2納米管的形成歸結(jié)于PVP輔助的奧斯瓦爾德熟化機理。利用這一原理，對電紡纖維的燒結(jié)溫度進(jìn)行控制，可以得到的SnO2納米管中線和納米管。氣敏測試發(fā)現(xiàn)SnO2納米管中線對甲苯表現(xiàn)出

3、良好的響應(yīng)，而SnO2納米管則對甲醛的響應(yīng)較好，這說明SnO2不同的構(gòu)型會影響氣敏選擇性。
　　為研究SnO2的缺陷對氣敏性能的影響，將Al離子摻雜入SnO2納米管來研究氧空位缺陷與氣敏性能的關(guān)系。隨著 Al摻雜量的增加，盡管其晶粒尺寸未受影響，SnO2的氧空位數(shù)量逐漸增加。在 Al摻雜量為8％時，SnO2氧空位的數(shù)量最高，與此同時，該材料對甲醛表現(xiàn)出最高的氣敏響應(yīng)。實驗證明Al摻雜的SnO2納米管的氣敏性能隨氧空位的多少而變化，

4、建立了SnO2的氣敏性能與氧空位的聯(lián)系。
　　為減小由電紡技術(shù)制備的 SnO2納米纖維的晶粒尺寸，提升其氣敏性能，將 Si摻雜工藝應(yīng)用于SnO2納米管中線的制備中。實驗證明，Si摻雜對SnO2的晶粒尺寸產(chǎn)生明顯影響，1%Si摻雜的SnO2的晶粒最小，并且在低工作溫度120℃下對甲醛表現(xiàn)出極高的氣敏響應(yīng)以及較快的響應(yīng)和回復(fù)速度。此外，還研究了 CeO2表面修飾對SnO2納米管中線的氣敏性能的影響。CeO2通過電子敏化作用，在局部增加