【摘 要】
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气体传感器因具有制造成本低、监测便捷和结构简单等优点,被广泛应用于有毒有害气体、工业废气的监测以及家庭生活等各个方面。其中,金属氧化物半导体气体传感器具有灵敏度高、性能稳定、损耗低等特点,是应用最为广泛的气体传感器。二氧化锡传感器具有稳定性好、寿命长等优点,但存在工作温度高、选择性差和灵敏度低等问题。近年来人们研究发现,可以通过掺杂改性来提高二氧化锡气体传感器的气敏性能。基于此,本论文采用水热合成
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气体传感器因具有制造成本低、监测便捷和结构简单等优点,被广泛应用于有毒有害气体、工业废气的监测以及家庭生活等各个方面。其中,金属氧化物半导体气体传感器具有灵敏度高、性能稳定、损耗低等特点,是应用最为广泛的气体传感器。二氧化锡传感器具有稳定性好、寿命长等优点,但存在工作温度高、选择性差和灵敏度低等问题。近年来人们研究发现,可以通过掺杂改性来提高二氧化锡气体传感器的气敏性能。基于此,本论文采用水热合成法,通过掺杂金属氧化物、稀土元素和复合石墨烯制备出纳米二氧化锡复合材料,研究了传感器对多种挥发性气体的气敏特性。主要研究内容如下:(1)采用水热合成法制备了纯二氧化锡和In2O3-SnO2、Ni O-SnO2和Cu O-SnO2纳米复合材料,并对其形貌进行表征,测试对不同气体的气敏特性。与纯二氧化锡相比,1.5%In2O3-SnO2传感器对正丁醇的灵敏度从34.40提高到76.50,同时最佳工作降低了20°C,具有较好的稳定性和线性相关性。5%Ni O-SnO2传感器的最佳工作温度为200°C,灵敏度为55.79,重现性和线性相关性较好。5%Cu O-SnO2纳米复合材料的分散性较差,不利于气体的吸附-脱附,气敏性能下降。(2)采用简单的水热合成法制备了纯二氧化锡、Sm-SnO2和Pr-SnO2纳米复合材料,对其进行X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)表征,测试传感器的气敏性能。结果表明,4%Sm-SnO2传感器对乙醇的灵敏度达到138.57,且稳定性和响应-恢复特性较好,其理论检测限(LOD)低于100 ppb,说明其可用于对低浓度乙醇气体的监测。3%Pr-SnO2气体传感器的最佳工作温度为160°C,对乙醇具有较好的选择性,灵敏度提高了一倍,稳定性和线性相关性较好。(3)以四氯化锡、硫脲和氧化石墨烯(GO)为原料,采用水热合成法制备了纯二氧化锡和GO/SnO2纳米复合材料,实现了对乙醇的选择性检测。结果表明,3.3%GO/SnO2气体传感器在120°C下对乙醇的响应值为48.34。工作温度降低了40°C,灵敏度提高了5倍,对乙醇表现出优良的重现性和稳定性,响应-恢复特性和线性相关性。
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