tiolt2gt纳米管阵列的制备及其气体敏感性能研究

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1、中文摘要随着科技的进步，气体传感器朝着微型化、集成化、多功能化的方向发展。一维纳米材料具有非常高的比表面积和特殊的化学活性，在气体传感器领域有着广阔的应用前景。本论文在前人研究工作的基础上制备了规则排列的一维Ti02纳米管阵列，并对其丙酮气体和氢气的敏感特性进行了研究。本实验采用电化学阳极氧化法，以含F-的溶液为电解液，在工业纯钛板的表面生长了一层规则排列的Ti02纳米管阵列。研究了Ti02纳米管阵列制备的工艺条件，实现了通过控制实验工艺参数来精确控制所得Ti02纳米管阵列尺寸的目的。借助XRD和FESEM分别分析了实验得到样

2、品的物相结构和微观形貌。发现未经处理的样品为无定形结构，经5000C热氧化处理后样品中出现了金红石和锐钛矿相。阳极氧化电压、反应时间以及电解液种类是影响Ti02纳米管阵列形貌的主要因素，电解液浓度和电极间距对Ti02纳米管形貌的影响较小。通过改进实验工艺条件，制备出了长度达到微米级的Ti02纳米管阵列。阐明了阳极氧化法制备Ti02纳米管阵列的机理。本论文研究了经过热氧化处理后样品的气敏特性，首次发现经5000(：于02气氛中处理的Ti02纳米管阵列对丙酮气体有很好的敏感特性。在1MHN03+1MNaOH+0．5wt％HF混合电

3、解液中20V电压下氧化2h锘lJ备得到的样品，在1500C开始对丙酮敏感，当测试温度为3500C时，材料的响应时问为23s，灵敏度达269。测量温度、测试气体浓度是影响Ti02纳米管阵列对丙酮气敏性能的主要因素。本实验制备的Tj02纳米管阵列对氢气也有很好的敏感特性，分别以铂和铝作为电极时，材料的敏感特性迥异。以吸附理论为基础合理地解释了Ti02纳米管阵列的气敏机理。本论文对Ti02纳米管阵列气体敏感性能的研究拓展了一维纳米材料在气体传感器领域的应用范围，为进一步的研究工作打下了基础。关键词：Ti02纳米管阵列制备气敏特性丙酮

4、氢气ABSTRACTItisbelievedthattheminiaturization，integrationandmulti-functionwillbethedevelopmenttrendsingassensor．Onedimensionnanomaterialshavepromisingapplicationsingassensingfieldduetotheirhi曲surface·to—volumeratioandspecialchemicalactivity．Titaniananotubearraysweref

5、abricatedandthesensingpropertisetoacetoneandhydrogenwerestudiedinthispaper．TitaniananotubesweregrownonthetopofpuretitaniumsheetsintheF‘containingelectrolyteusingelectrochemicalanodizaionmethod．Thefabricationconditionswerestudiedandtheaimtopreciselycontrolthenanotube

6、arraysdimensionsWasachieved．XRDandFESEMwereemployedtoanalyzethephasestateandsurfacemorphologiesofthesamples．Theresultsrevealedthattheaspreparedsamplesareamorphous，andbothanataseandrutilephasesoftitaniaarepresentafterheattreatment．Voltageandreactiontimearethekeyfacto

7、rsthatdeterminethesurfacemorphologiesofthetitaniananotubearraysandtheinfluenceofelectrolyteconcentrationandelectrodedistancecanbenegligible．Thesampleswithlengthuptoseveralmicrometerwerepreparedthroughoptimizingexperimentconditions．Amechanismoftitaniananotubearraysfo

8、rmationwasilluminated．Gassensingpropertiesofthesampleswerestudied．Thetitaniananotubespreparedin1MHN03+1MNaoH+O．5wt％HFelectrolyteunder20vol