Co3O4基納米纖維及其氣敏特性研究.pdf

1、Co3O4是一種禁帶寬度為1.5eV（常溫下）的p型半導(dǎo)體氧化物，具有良好的氣敏、電化學(xué)、催化及電磁特性，被廣泛應(yīng)用在氣敏元件、超級(jí)電容器、電池、催化劑及電磁材料等領(lǐng)域中。近年來(lái)，人們對(duì)納米材料領(lǐng)域的研究達(dá)到了熱潮，尤其是一維納米材料，它具有大的比表面積和特殊的電子傳導(dǎo)效應(yīng)，因此在氣敏傳感器領(lǐng)域中具有極大的借鑒價(jià)值。由于制備Co3O4納米材料的方法很多，而本課題采用靜電紡絲法制備形貌可控的Co3O4一維納米纖維，它具有的氣敏性能在實(shí)際應(yīng)

2、用中還存在著很多問(wèn)題，為了改善其氣敏性能，我們對(duì)純的Co3O4納米纖維進(jìn)行了金屬元素?fù)诫s、納米粒子表面修飾等。
　　本文采用靜電紡絲法制備形貌可控的Co3O4基納米纖維，并通過(guò)金屬元素?fù)诫s和納米粒子表面修飾，來(lái)改善Co3O4的氣敏性能，還利用SEM、TEM、XRD對(duì)材料的形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。通過(guò)研究得出以下結(jié)論:
　　(1)以聚乙烯醇(PVA)為基體在紡絲制備Co3O4納米纖維過(guò)程中對(duì)主要影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)探討，實(shí)驗(yàn)表明:P

3、VA濃度為7％，放絲電壓為9kV，PVA與無(wú)機(jī)鹽質(zhì)量比為1∶1.3，接收距離為20cm、燒結(jié)溫度為500℃，升溫速度為2～5℃/min時(shí)，能夠制備出形貌可控的Co3O4納米帶，并無(wú)序交織地分布在襯底上。
　　(2)以PVA為基體通過(guò)電紡絲制備純的和金屬元素(Al、Sn、Fe、In)摻雜Co3O4納米纖維，并對(duì)相應(yīng)摻雜金屬元素SEM圖對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在燒結(jié)前后發(fā)生了明顯的變化，由納米線變成了納米帶。通過(guò)氣敏測(cè)試系統(tǒng)對(duì)不同摻雜元素、摻雜量進(jìn)

4、行分析發(fā)現(xiàn):Al、Sn摻雜量分別為5at.％、7at.％時(shí)，對(duì)酒精氣體的氣敏性能較好，工作溫度都是250℃;Fe、In摻雜量分別為3at.％、7at.％時(shí)，對(duì)H2S氣體的氣敏性能有明顯改善，二者的選擇性也比較好，前者的工作溫度為250℃，后者的工作溫度為230℃，說(shuō)明In摻雜能夠降低Co3O4氣敏傳感器的工作溫度。
　　(3)以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為基體在紡絲的過(guò)程中，研究表明:PVP濃度為5.5％、紡絲電壓為9kV、PVP與

5、無(wú)機(jī)鹽的質(zhì)量比為1∶1.75、接收距離為20cm、燒結(jié)溫度為500℃時(shí)，能夠制備出多孔結(jié)構(gòu)、無(wú)序交織的納米線。
　　(4)以PVP為基體通過(guò)電紡絲制備純的Co3O4納米纖維，并利用CuO、ZnO納米粒子對(duì)納米纖維進(jìn)行表面修飾，對(duì)修飾前后的納米纖維通過(guò)SEM、XRD、氣敏測(cè)試系統(tǒng)對(duì)形貌、結(jié)構(gòu)、氣敏性能進(jìn)行表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CuO、ZnO納米粒子最佳修飾時(shí)間分別為20min、1h，修飾后納米纖維表面粗糙，且出現(xiàn)了很多顆粒，說(shuō)明CuO、Z