中空SnO_2纳米纤维的掺杂、修饰及其气敏特性

【摘要】气敏材料是气敏传感器的关键,它是直接与分析气体接触发生气敏反应,并将信息反映到系统中以供检测。半导体金属氧化物具有灵敏度高、响应和恢复时间短、稳定性高等优势,而且成本较低,是非常理想的气敏材料。但是,纯半导体金属氧化物的灵敏度不够高,且选择性较差。所以,我们选择对纯的Sn02材料进行改性研究。本文中,主要通过两个方面来提高SnO2材料的气敏性能：首先,通过静电纺丝法结合煅烧制备中空结构的Sn02纳米纤维,提高了活性面积；另外,对中空Sn02纳米纤维进行Ni掺杂或用α-Fe2O3纳米棒进行修饰,在接触界面处形成异质结,提高气敏性能。具体工作如下：1.制备不同组分和形貌的Ni掺杂SnO2纳米纤维,发现在10℃/min时进行热处理会形成中空结构。随后,进行两个不同系列对比：首先,对比不同含量Ni掺杂的Sn02中空纳米纤维的气敏性能,发现Ni掺杂后的Sn02纳米纤维相比较于纯Sn02,其对丙酮气体的响应值都有不同程度升高,其中5at.%Ni掺杂SnO2中空纳米纤维的性能最高,所以选择5at.%Ni为最优掺杂量。然后,对比不同升温速度下5at.%Ni掺杂Sn02,结果发现,中空纤维比实心纤维性能得到更大提升,这是由于中空结构的内外表面都具有高的活性。因此,5at.%Ni掺杂的Sn02中空纳米纤维具有最优的气敏性能,它在340℃下对100ppm丙酮的灵敏度可以达到64.9,对2ppm丙酮气体仍具有13.5的响应值。2.对中空的Sn02纳米纤维进行表面修饰。通过水热并结合煅烧在中空Sn02纳米纤维表面生长一层a-Fe203纳米棒,制备分级异质结构的SnO2/α-Fe2O3中空纤维。对其进行气敏测试后发现：分级结构的SnO2/α-Fe2O3纳米纤维材料在340℃下对乙醇和丙酮都具有良好的反应,对100ppm的丙酮和乙醇的响应值分别可以达到30.363和20.370,且响应和恢复速度比纯SnO2和α-Fe2O3纳米结构都有很大的提升,这都归因于其特殊的分级结构以及在SnO2和α-Fe2O3界面处形成的异质结。
【作者】汪彬彬；
【导师】程继鹏；张孝彬；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】气敏传感材料；中空纤维；SnO2；Ni掺杂；异质结构；

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