金属掺杂WO3和NiO蛋膜结构材料的制备及其气敏性能研究

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近年来,随着工业化的迅速发展,有毒有害气体的肆意排放给生态环境带来了严重的污染,同时也威胁着人类的生命健康及安全,因此,对这些有毒气体的精准快速检测显得格外重要,气敏传感器是这些问题解决的有效途径之一,气敏材料的的开发引起了广大科技工作者的关注。半导体材料作为传统的气敏材料,具有灵敏度高、选择性好的特点,有着广阔的应用前景。本论文以鸡蛋内膜为模板,采用仿生合成技术制备出金属掺杂的、具有蛋膜形态分级结构WO3气敏材料和NiO气敏材料,研究了其气敏性质,为新型气敏材料的设计、仿生制备提供了一种新方法。主要研究内容如下:1.以蛋膜为模板,钨酸铵和硝酸铅为原料,通过溶液浸渍法,分别制备出了具有网状分级结构的WO3纤维膜和Pb2+掺杂WO3纤维膜,讨论了浸渍时间和Pb2+浓度对其形貌的影响。利用TGA、SEM、TEM、XRD、XPS以及BET等手段对材料进行了表征,测试了材料对丙酮的气敏特性。结果表明,合成的WO3材料为单斜晶相,Pb2+-WO3和WO3纤维膜都很好的保持了原始蛋膜的精细分级结构,Pb2+的掺入减小了WO3的晶粒尺寸,显著的改善了WO3材料的气敏特性。2.以蛋膜为模板,钨酸铵、硝酸铜(硝酸镍)为原料,制备出了Cu2+-WO3和Ni2+-WO3纤维膜,讨论了煅烧温度和Cu2+(Ni2+)浓度对其形貌的影响。利用SEM、XRD以及XPS等手段对材料进行了表征,测试了材料对丙酮的气敏特性。结果表明,Cu2+、Ni2+离子的掺入基本不影响原始蛋膜形貌的复制,对WO3晶粒的生长具有抑制作用,减小了WO3的晶粒尺寸,显著的改善了WO3材料的气敏特性。3.以蛋膜为模板,硝酸镍和柠檬酸为原料,制备出了具有三维网状分级结构的NiO纤维膜。研究了煅烧温度、升温速率以及前驱液浓度对NiO纤维膜的影响。利用SEM、XRD、TGA、BET以及TEM等手段对其进行了表征,测试了材料对乙醇等气体的气敏特性。结果表明:合成的NiO纤维膜为立方面心结构,且很好地复制了原始蛋膜的三维网状分级结构。模板的引入降低了材料的晶粒尺寸,增大了比表面积,提高了材料的气敏特性。
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