TiO2基复合材料制备及气敏性能研究

来源 :黑龙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huyuxuan0601
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金属氧化物TiO2作为宽带半导体功能材料,具有化学性质稳定、安全无毒且成本低等优点。近几年,已有关于采用TiO2作为基底的传感元件检测有毒、有害性气体的研究报道,使得TiO2作为一种新型的气敏材料成为新的研究热点。本文对半导体金属氧化物TiO2复合材料在室温下的气敏性能做了初步研究,采用静电纺丝法制备了TiO2基掺金属铟离子和铝离子复合材料,通过X-射线粉末衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、N2吸附-脱附等检测技术对复合材料的组成结构、形貌及孔隙率进行了表征。随后通过自组装的气敏检测仪器对TiO2复合材料的气敏性进行检测。研究了复合材料对NO的气敏性能。具体内容如下:(l)纯TiO2材料为锐钛矿相与金红石相的混合相,掺杂后TiO2复合材料大部分为锐钛矿相,掺杂金属铟盐纤维直径约为500nm,构成纤维的晶粒直径约为10nm左右;掺杂金属铝盐纤维直径约为200nm,构成纤维的晶粒直径为67nm。(2)在掺杂金属盐的基础上,适量的添加表面活性剂,使TiO2复合材料的结构变得疏松、表面产生介孔,粒子与粒子之间存在的介孔大大地提高了复合材料的比表面积和孔隙率,有效的提高了复合材料的气敏性能。在掺杂各种金属盐的复合材料中,氯化铝掺杂改性的TiO2复合材料的气敏性能最好,对NO的最高灵敏度可达39.5%,响应时间为3s,最低检测限达到9.7×10-9。(3)金属盐的掺杂可改变材料的表面性能,实验中少量金属盐的掺杂,能够有效地抑制TiO2由锐钛矿晶相转变为金红石相结构,而锐钛矿相TiO2更容易容纳氧负离子,使被测气体很容易进入纤维间隙位置。同时,相互交联的粒子之间存在孔隙有利于NO的吸附与脱附,因而较大幅度地提高了纳米纤维吸附NO的吸附-脱附速度。研究表明:掺杂金属盐的TiO2复合材料对NO具有良好的气敏特性,是一种极具潜力的气敏材料,但在灵敏度还有待于提高、同时稳定性等方面还需改善。
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