论文部分内容阅读
能源问题和环境问题为当今社会的热点话题,国内外对这两方面都开展了很多研究。本文主要对使用二氧化锡材料制作的超级电容器和气体传感器进行一系列的应用探索。首先对二氧化锡双电层超级电容器进行研究。通过对P型硅圆片进行热氧化、光刻、电化学刻蚀等操作,制备出具有5μm×5μm的孔道且孔径深度为1801μm的硅微通道结构,作为超级电容器的骨架。使用化学镀镍和电沉积镍方法制备出结构致密的镍集流层,之后在镍层上电沉积二氧化锡,最后在400℃温度下将整个SnO2/Si-MCPs电极烧结2小时。通过XRD和SEM对电极结构进行形貌的表征,在lmol/L的Na2SO4电解液中测试其电化学性能。通过对循环伏安曲线和充放电曲线的分析,发现当电沉积二氧化锡时使用的电流密度为8mA/cm2、沉积时间为2小时时,制作出的电极样品得到最大的电容值:0.814F/cm2(171.37F/g)。在1000次充放电之后其电容量的损耗比较小,为14%左右,并且在600个循环后,电容值基本稳定在152F/g。其次对于二氧化锡系气体传感器进行了初步的探索。首先使用直接沉淀的方法制备二氧化锡纳米颗粒,涂覆在陶瓷管上制作出典型的厚膜型气体传感器,并且进行24小时的老化处理。在浓度约为100ppm的酒精蒸汽中测试其气敏性能,发现其约在170℃时能达到最高的灵敏度,约为10。通过SEM的表征可以发现二氧化锡纳米颗粒的团聚比较严重,因此在一定程度上使得气敏材料的有效表面积较小,从而导致了灵敏度较低。为了提高灵敏度,使用溶胶-凝胶法制备具有较大表面积的二氧化锡薄膜。尝试使用浸泡法、压差法和旋涂法把溶胶均匀地沉积在微通道内壁上,利用微通道的三维结构进一步增大其有效表面积。最后对整个材料进行热处理,得到的二氧化锡薄膜厚度约为0.2μm左右。同时制作加热电极,组合成气体传感器件。本论文受到以下项目资助:国家自然科学基金(61176108)、上海自然科学基金(11ZR1411000)和上海市基础重点项目11JC1403700, PCSIRT以及华东师范大学科研创新基金78210245。