納米α-Fe-,2-O-,3-的制備及氣敏性能研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著工業(yè)發(fā)展、能源開(kāi)發(fā)、科學(xué)研究、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)以及家庭生活等各個(gè)方面的需要，對(duì)可燃性氣體和有毒性氣體的監(jiān)測(cè)變得越來(lái)越迫切。因此，靈敏度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)的高質(zhì)量的氣敏傳感器的研究和生產(chǎn)就顯得尤其重要。 納米氧化鐵是一種較好的氣敏材料。用這種材料制成的氣敏傳感器由于具備靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、價(jià)格低和制作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。到目前為止，盡管人們通過(guò)采取各種方式的研究來(lái)提高氧化鐵氣敏傳感器的性能，例如

2、，有選擇的添加催化劑、改善生產(chǎn)技術(shù)等措施，但仍然在選擇性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性以及受環(huán)境溫度和濕度影響等方面存在一些不足而難以在更大范圍內(nèi)進(jìn)行推廣和應(yīng)用。因此，探索新的制備方法，采取各種手段進(jìn)行摻雜改性，發(fā)現(xiàn)新型的氣敏材料以期獲得高質(zhì)量的氣敏傳感器成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。 本文首次選用三種不同沉淀劑通過(guò)化學(xué)沉淀法制備αFe2O3納米粉體，并且對(duì)其氣敏性進(jìn)行了研究和探討。為了改善氣敏元件的氣敏性能，我們率先嘗試用共沉淀、浸漬法、紫外輻照法幾種不

3、同的方式，將貴金屬摻雜到基體材料α-Fe2O3中，考察摻雜前后氣敏性能的差異。主要的研究成果概括為以下幾個(gè)方面： 1.使用三種不同的沉淀劑控制適當(dāng)?shù)膒H值條件下采用化學(xué)沉淀法，，均能得到結(jié)晶度很好的α-Fe2O3納米顆粒，平均粒徑為10～20nm。氣敏測(cè)試結(jié)果表明：元件對(duì)正己烷、一氧化碳、氫氣、氨氣響應(yīng)較差，對(duì)乙醇和丙酮具有中等程度的響應(yīng)，而對(duì)硫化氫氣體具有較高的靈敏度，且選擇性較好。采用NaCO3做沉淀劑制備的α-Fe2O3的

4、氣敏性能優(yōu)于另外兩種沉淀劑。 2.為了進(jìn)一步提高α-Fe2O3氣敏材料的氣敏性能，使其更具實(shí)用性，我們分別對(duì)α-Fe2O3納米材料進(jìn)行貴金屬Au、Ag、Pt、Pd摻雜。其中，為了對(duì)比不同摻雜方法對(duì)元件氣敏性能的影響，Au的摻雜首次采用了共沉淀法、浸漬法、紫外輻照法三種方法進(jìn)行對(duì)比研究，通過(guò)氣敏性能測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)共沉淀法為最理想的摻雜方法。 3.氣敏性能測(cè)試結(jié)果表明，摻雜幾種貴金屬添加劑后的α-Fe2O3氣敏元件的氣敏性能

5、得到明顯改善，對(duì)各種氣體的靈敏度有不同程度的提高，對(duì)乙醇、丙酮?dú)怏w的最佳工作溫度有不同程度的降低，對(duì)氣體的響應(yīng)-恢復(fù)時(shí)間有所縮短。具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下：摻雜貴金屬Au、Ag、Pt、Pd的最佳含量分別為1.5％、3％、2％、1.5％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，元件的最佳焙燒溫度分別為400℃、400℃、500℃、500℃，對(duì)乙醇、丙酮等氣體的最佳工作溫度分別為245℃、245℃、200℃、245℃，比未摻雜前的元件分別降低了45℃、45℃、90℃、45℃。

6、原因可能是貴金屬在敏感體表面的催化作用提供了豐富的活動(dòng)中心，加強(qiáng)了對(duì)被測(cè)氣體的吸附，加快了與敏感體表面的電子交換過(guò)程，因而導(dǎo)致了元件氣敏性能的提高。 4.我們還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)摻雜后的α-Fe2O3氣敏元件對(duì)硫化氫氣體表現(xiàn)出很好的敏感性和選擇性，特別適合在較低溫度(120～160℃)下進(jìn)行檢測(cè)。特別需要指出的是，經(jīng)過(guò)摻雜2wt％Pt的α-Fe2O3氣敏元件在120℃工作溫度下，對(duì)低濃度的H2S氣體表現(xiàn)出很高的靈敏度。對(duì)10ppmH2S