Co3O4基纳米纤维及其气敏特性研究.pdf

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterGassensingpropertiesofC0304basednanofibersByPengpengLiuSupervisor：XinchangWangCondensedMatterPhysicsPhysicalEngineeringCollegeMay2014原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成

2、果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。学位论文作者：a·】彤呜本声明的法律责任由本人承担。日期卿绎明歹。Et学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用期学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一

3、署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。靴敝储：勿7吻，够嗍滞妒娜JV摘要C0304是一种禁带宽度为1．5eV(常温下)的P型半导体氧化物，具有良好的气敏、电化学、催化及电磁特性，被广泛应用在气敏元件、超级电容器、电池、催化剂及电磁材料等领域中。近年来，人们对纳米材料领域的研究达到了热潮，尤其是一维纳米材料，它具有大的比表面积和特殊的电子传导效应，因此在气敏传感器领域中具有极大的借鉴价值。由于制备C0304纳米材料的方法很多，而本课题采用静电纺丝法制备形貌可控的C0304一维纳米纤维，它具有的气敏性能在实际应用中还存在着很多问题，为

4、了改善其气敏性能，我们对纯的C030a纳米纤维进行了金属元素掺杂、纳米粒子表面修饰等。本文采用静电纺丝法制备形貌可控的C0304基纳米纤维，并通过金属元素掺杂和纳米粒子表面修饰，来改善C0304的气敏性能，还利用SEM、TEM、XRD对材料的形貌、结构进行表征。通过研究得出以下结论：(1)以聚乙烯醇(PVA)为基体在纺丝制备C0304纳米纤维过程中对主要影响因素进行了系统探讨，实验表明：PVA浓度为7％，放丝电压为9kV，PVA与无机盐质量比为1：1．3，接收距离为20cm、烧结温度为500℃，升温速度为2～5。C／min时，能够制备出形貌可控的

5、C0304纳米带，并无序交织地分布在衬底上。(2)以PVA为基体通过电纺丝制备纯的和金属元素(A1、Sn、Fe、In)掺杂C0304纳米纤维，并对相应掺杂金属元素SEM图对比，发现在烧结前后发生了明显的变化，由纳米线变成了纳米带。通过气敏测试系统对不同掺杂元素、掺杂量进行分析发现：Al、Sn掺杂量分别为5at．％、7at．％时，对酒精气体的气敏性能较好，工作温度都是250。C；Fe、In掺杂量分别为3at．％、7at．％时，对H2S气体的气敏性能有明显改善，二者的选择性也比较好，前者的工作温度为250℃，后者的工作温度为230℃，说明In掺杂能够

6、降低C0304气敏传感器的工作温度。(3)以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为基体在纺丝的过程中，研究表明：PVP浓度为5．5％、纺丝电压为9kV、PVP与无机盐的质量比为1：1．75、接收距离为20cm、烧结温度为500。C时，能够制备出多孔结构、无序交织的纳米摘要线。(4)以PVP为基体通过电纺丝制备纯的C0304纳米纤维，并利用CuO、ZnO纳米粒子对纳米纤维进行表面修饰，对修饰前后的纳米纤维通过SEM、XRD、气敏测试系统对形貌、结构、气敏性能进行表征。结果发现，CuO、ZnO纳米粒子最佳修饰时间分别为20min、lh，修饰后纳米纤维表面粗糙，且

7、出现了很多颗粒，说明CuO、ZnO在纳米纤维上生长所导致的，气敏性能也明显提高，尤其是ZnO纳米粒子修饰后的纳米纤维对H2S气体的灵敏度明显提高，工作温度也明显下降，说明ZnO纳米粒子修饰不仅能够提高灵敏性还可以改善其工作温度。关键词：静电纺丝法形貌可控C0304基纳米纤维掺杂表面修饰气敏性能IIAbs仃actAbstractC0304isap-typesemiconductoroxideswithenergygapof1．5eV，whichhasexcellentgassensitivity，electrochemical，catalytica

8、ndmagneticproperties，SOitiswidelyusedingassensors，supercapacitors，ba