嵌段共聚物模板法制備WO3納米材料及其氫敏性能研究.pdf

1、作為解決當(dāng)今社會(huì)所面臨能源問題的首選方案,氫能源具有極大的應(yīng)用潛力,但是由于氫能源本身存在化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、易爆炸等缺點(diǎn),限制了其大規(guī)模應(yīng)用。而氫敏傳感器對(duì)氫氣泄漏的檢測(cè)則可以極大避免爆炸等悲劇的發(fā)生,作為氫敏傳感器的核心部件,氫敏材料則顯得尤為重要。以WO3代表的金屬氧化物半導(dǎo)體在氫氣敏感探測(cè)方面以高靈敏度以及循環(huán)穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn),受到廣泛關(guān)注。但是目前傳統(tǒng)方法所制備的WO3氫敏材料依然存在諸多不足之處:結(jié)構(gòu)方面,傳統(tǒng)方法合成的WO3在

2、結(jié)構(gòu)上很難具有高度有序的納米結(jié)構(gòu),并且不能對(duì)其納米結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行精確調(diào)控影響了其性能的有效發(fā)揮;性能方面,傳統(tǒng)方法所合成的純相WO3氫敏材料需要高溫環(huán)境下工作,增大了安全隱患。基于此,本論文利用嵌段共聚物模板法,制備得結(jié)構(gòu)上高度有序化排列且具有不同納米結(jié)構(gòu)的WO3納米材料,并且在氫氣敏感性能方面具有室溫工作、高靈敏度、高信噪比等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)探究不同因素對(duì)其結(jié)構(gòu)域性能的影響與機(jī)理,具體工作如下:
　　第一,利用PS-b-P4VP嵌段共

3、聚物模板制備具有高度有序化納米點(diǎn)陣狀與納米棒狀結(jié)構(gòu)的WO3納米材料,并且系統(tǒng)研究了模板的納米結(jié)構(gòu)、溶劑浸泡時(shí)間、紫外固化時(shí)間、以及煅燒升溫速率等因素對(duì)合成WO3納米結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)現(xiàn)嵌段共聚物微相分離是模板形成多種高度有序化納米結(jié)構(gòu)的主要機(jī)制,而產(chǎn)生的相分離結(jié)構(gòu)中的P4VP相會(huì)定向吸附H2WO4為復(fù)制模板結(jié)構(gòu)進(jìn)而生成WO3的主要機(jī)制。結(jié)果表明,制備所得的WO3納米材料具有高度有序化排列的納米結(jié)構(gòu),并且能夠通過調(diào)控模板結(jié)構(gòu),獲得相應(yīng)不同的高

4、度有序化納米結(jié)構(gòu)。
　　第二,將制得WO3納米材料用于氫氣敏感性能測(cè)試,系統(tǒng)研究襯底、燒結(jié)溫度、納米結(jié)構(gòu)等因素對(duì)氫敏性能的影響。選用6％與0.1%濃度氫氣評(píng)估WO3氫敏性能中響應(yīng)時(shí)間、工作溫度、靈敏度等性能指標(biāo)。結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的WO3氣敏材料相比,嵌段共聚物模板制備得的WO3氫敏材料,具有室溫響應(yīng)、高靈敏度、循環(huán)穩(wěn)定性好、高信噪比等優(yōu)點(diǎn)。
　　第三,探究了所制得的WO3具有優(yōu)異氫敏性能的機(jī)理,并且探討了不同因素對(duì)氫敏性能的