蛋膜結構WO3、In2O3材料的制備及其氣敏性能研究.pdf

1、本論文首先對氣敏傳感器的分類、發(fā)展概況及應用情況做了簡要介紹，然后論文對生物合成工藝進行了介紹和概括，并綜述了WO3、In2O3納米材料在合成方法及氣敏性能研究上的進展情況。實驗圍繞以下幾個部分展開：
　　1.實驗探索了蛋膜的處理工藝，研究處理條件對原始蛋膜結構的影響，以選擇科學、經濟、環(huán)保的處理條件。以雞蛋殼內膜為生物模板，通過簡單環(huán)保的液相浸漬技術結合熱處理工藝，合成了具有蛋膜分級結構的WO3納米材料，并以熱分解鎢酸銨的方法制

2、備了WO3納米材料作為對比樣品；以上述材料制成氣敏元件，并用靜態(tài)配氣法測試了元件的氣敏性能。研究發(fā)現，兩種不同方法合成的WO3材料均為單斜晶相，通過液相浸漬后制得的WO3材料很好的復制了蛋膜的交叉網狀結構，而通過熱分解制得的WO3材料無特殊形貌。通過謝樂公式計算得出，蛋膜模板的引入降低了材料的晶粒尺寸，以此方法制得的材料平均粒徑在17 nm左右，而對比樣品的平均粒徑約為29 nm。對材料的氣敏性能進行研究后發(fā)現，以具有蛋膜分級結構的WO

3、3材料制成的元件，在工作溫度為200℃時對體積分數為30×10-6H2S氣體的靈敏度高達89，響應時間僅為1 s多，而同條件下測得對比樣品的靈敏度僅為12。
　　2.以蛋膜為模板，通過改變合成條件制備了一系列WO3材料并將材料制成氣敏元件，借助XRD、SEM、TEM、氣敏測試儀等儀器研究了合成條件對材料物相、形貌及氣敏性能的影響。研究發(fā)現，煅燒溫度對材料的形貌產生了較大的影響，一定前驅液濃度下，煅燒溫度在700℃及以下時，材料能較

4、好的復制蛋膜模板的分級結構，當溫度升至800℃時，由于材料晶化現象嚴重，蛋膜的分級結構難以保存；材料的形貌直接影響其氣敏性能，該前驅液濃度下，經700℃煅燒后的材料因其具有蛋膜分級結構及獨特的表面絨毛結構而具有較高的靈敏度，在工作溫度僅為100℃的條件下對體積分數為30 ppm H2S氣體的靈敏度高達687，且1 s內便可響應。相比之下，前驅液濃度對材料的形貌影響較小，一定煅燒溫度下，經濃度不同的前驅液浸泡后的材料均可得到具有蛋膜分級結

5、構的形貌，不同之處表現在，低濃度下浸泡后制得的材料纖維相對較細，而且表面光滑使纖維間呈多孔結構，而對其氣敏性能研究發(fā)現，材料對相同體積分數H2S氣體的靈敏度隨著前驅液濃度的增加呈下降趨勢，這與材料的形貌直接相關。另外此部分討論了工作溫度對響應恢復特性的影響，并從機理上進行了闡釋。最后研究了前驅液浸泡時間及升溫過程對材料形貌的影響。
　　3.以蛋膜為模板，通過液相浸漬技術結合熱處理工藝合成了具有蛋膜分級結構的In2O3材料。通過改變

6、前驅液pH值，浸泡時間、煅燒溫度等，探討了合成條件對In2O3材料形貌的影響。利用XRD、SEM、TEM等測試手段，對其物相、結構進行了表征。結果表明：采用此方法制備的In2O3納米材料均為立方晶相，煅燒溫度及前驅液pH值對產物形貌有較大的影響，浸泡時間的影響則相對較小。浸泡后的蛋膜經800℃處理后，由于晶化現象嚴重，樣品不能很好的復制蛋膜的分級結構，前驅液pH值的影響主要表現為在較低pH值條件下制得的樣品纖維較細，而浸泡時間對材料形貌