基于溶胶-凝胶法对掺杂纳米氧化铁气敏性能的研究

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1、目录目录中文摘要．．IAbstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．II第1章绪论l1．1课题研究背景及研究目的意义11．2纳米氧化铁概述．21．2．1氧化铁基本性质21．2．2纳米氧化铁的应用41．3气体传感器61．3．1气体传感器概述61．3．2金属氧化物半导体气体传感器一61．40【．Fe203基气敏传感器国内外研究进展71．4．1Ⅱ一Fe203基气敏传感器国内研究进展71．4．2Ⅱ．Fe203基气敏传感器国外研究进展81．5论文主要内容．．91．6本章小结10第2章纳米a．Fe

2、z03薄膜的制备及表征112．1溶胶一凝胶法．．112．2实验药品和实验仪器122．2．1实验药品．．122．2．2主要仪器．．132．3纳米a．Fe203薄膜的制备过程．132．3．1基片预处理．132．3．2胶体的制各．152．3．3薄膜的退火工艺．162．3．4实验工艺对G【．Fe203薄膜影响一17—1lI．万方数据黑龙江大学硕士学位论文2．4纳米0【．Fe203薄膜的表征．182．4．1X射线衍射分析(XRD)．．182．4．2扫描电子显微镜分析(SEM)．192．5本章小结22第3章Ni掺杂纳米a-Fe20，薄

3、膜的制备及表征233．1主要试剂和仪器233．1．1主要试剂。233．1．2主要仪器一233．2Ni掺杂纳米0t．Fe203薄膜的制备过程243．3Ni掺杂纳米旺．Fe203薄膜的表征243．3．1X射线衍射分析(XRD)．．243．3．2扫描电子显微镜分析(SEM)．253．4本章小结28第4章a-FezO，材料气敏机理与气敏元件制作294．1c【．Fe203材料气敏机理．．294．2掺杂对0【．Fe203气敏材料的影响324．30【．Fe203传感器设计与制备～334．3．1c【．Fe203传感器芯片设计334．3．2

4、叉指电极的设计．344．3．3传感器芯片制作工艺流程354．4本章小结37第5章a-FezO，气敏材料性能测试与分析385．1气敏测试系统385．2气敏元件主要测试参数395．2．1元件电阻一395．2．2灵敏度．．395．2．3选择性一39万方数据目录5．2．4响应和恢复时间．405．2．5最佳工作温度．405．2．6稳定性．．405．3a．Fe203材料对硫化氢气敏性能测试．405．3．1Ni掺杂a．Fe203对硫化氢灵敏度测试．．415．3．2Ni掺杂a．Fe203薄膜最佳工作温度测试．425‘3．3Ni掺杂d．Fe

5、203薄膜选择性测试．．435．3．4Ni掺杂a．Fe203薄膜响应和恢复时问测试．465．3．5Ni掺杂01．Fe203薄膜稳定性测试。475．4本章小结48结论50参考文献52致谢59攻读学位期间发表论文60独创性声明6l万方数据第1章绪论第1章绪论1．1课题研究背景及研究目的意义近几年来，随着人们生活质量的不断提高以及工业化规模的不断扩大，许多有毒、有害可燃性气体的排放对生活环境造成了巨大的危害，例如石油化工厂向空气中排放的气体中就含有一氧化碳、氮氧化物、氯气、氨气、硫化氢等气体【1】；制药厂排放的废气中包含氮氧化物

6、、丙酮、乙醇、硫化氢等有毒有害气体[2】。由于工厂数量和规模的逐步扩大，这些有毒有害气体排放量逐渐增加，己经严重影响到人们的日常生活，特别是硫化氢气体。硫化氢是一种有毒、具有臭鸡蛋气味的无色气体。在低浓度接触时，对呼吸道黏膜及眼部具有刺激作用，使人体出现咳嗽、胸闷、视物模糊、头晕头痛等症状，在高浓度时对人全身作用十分明显，会使人出现重度中毒昏迷、呼吸循环衰竭，严重者可能引起“闪电型死亡”[3】。此外，硫化氢气体在空气中燃烧可以生成二氧化硫，二氧化硫是酸雨主要来源之一。同时，当硫化氢溶于水形成湿硫化氢环境，会对钢材等金属设备

7、进行腐蚀[41。综上所述，硫化氢气体对人、环境、工业生产都有着较为严重的危害，所以对硫化氢气体的检测，研制出具有高性能的硫化氢气体传感器具有重要的意义。在早期，对于硫化氢气体的检测，科研工作者主要对Sn02、ZnO系纳米材料进行了大量的研究，例如Sn02掺杂一定量的CuOlSl、Sb[61、Pt[7l，ZnO掺杂一定量的CuON、Au[9_10l、an[111之后，都可以可以显著的提高对H2S气体灵敏度和选择性。之后，以W03、Fe203、Ti02等纳米材料的气体传感器也随之发展起来，例如Ti02掺杂一定量的Ag[121，

8、W03掺杂一定量的聚吡咯【131、ptll41之后，可以对H2S气体有着较高的选择性。上述这些纳米材料有着体材料不具备的物理和化学性能，tl-．On纳米材料的表面效应【J5】、量子尺寸效应【15】、小尺寸效．

9、立【15】】和宏观量子隧道效应【¨1，所以，这些纳米材料成为当前纳米科学与技术的热门研究之一。