氧化铁纳米结构及其复合氧化物的气敏传感器的研究

• 作 者: 吴忠林
• 出 处: 电子科技大学
• 发表日期: 2020年07期
• 关键词: Fe2O3 纳米材料 硫化氢 水热法 气敏传感器

用于有害气体的监测的气敏传感器一直是研究的热点领域,气敏材料的设计是提高气敏性能的关键。本论文以氧化铁作为气敏材料,利用不同的合成方案,即通过改变反应过程中的反应温度,反应时间,添加不同的表面活性剂等方法,成功合成出形貌各不相同的Fe₂O₃纳米材料及其复合氧化物纳米材料,并且制备出了性能优良的硫化氢传感器。论文研究的主要内容包括:1)通过水热法,不需要后续的煅烧处理,一步合成出α-Fe₂O₃纳米椭球体（长轴275 nm,短轴125 nm）。该纳米材料为纯净α-Fe₂O₃,没有发现其他杂质。α-Fe₂O₃纳米椭球体表面光滑,大小一致,分布均匀。光滑的表面有利于加快化学气体的吸脱附,能缩短气敏传感器的响应/恢复时间。将α-Fe₂O₃纳米椭球体材料与无水乙醇混合,形成浆液涂敷在陶瓷管上,制备出基于α-Fe₂O₃纳米椭球体的气敏传感器,由气敏测试可知,α-Fe₂O₃纳米椭球体传感器对硫化氢气体有优秀的气体选择性。最佳工作温度为260 ℃,对H₂S气体有极快的响应/恢复时间（50ppm下为0.8 s/2.2s）,较低的检测极限（100 ppb）,优异的重复性和长期稳定性。2)利用溶剂热法,以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,在140 ℃的温度下制备出了大小均一的棱柱状氧化铁纳米颗粒,并以该纳米材料为敏感介质,制备出气敏传感器,通过气敏测试装置测得最佳工作温度为160 ℃,具有较高的响应度,对50 ppm硫化氢的响应度可达34.0。此外,传感器还有着较低的检测极限（100ppb）,良好的重复性,在30天的时间内对50 ppm,100 ppm的硫化氢进行重复测试,发现其气敏性能基本保持一致,表现出较好的长期稳定性。3)利用溶剂热法,将四氯化锡,硝酸铁作为原材料,以十二烷基硫酸钠为表面活性剂,N,N-二甲基甲酰胺为添加剂,氢氧化钠为沉淀剂,在120 ℃的温度下将Fe与SnO₂进行复合,制备出了Fe-SnO₂纳米颗粒。通过气敏测试得知,该传感器有着良好的气敏性能,主要表现在较快的响应恢复时间,在300 ℃的工作温度下对50 ppm H₂S的响应恢复时间为2.1 s/9.8 s,同时,响应度达到了13.0,另外,该传感器的检测极限也低至200 ppb,同时有着较好的重复性及长期稳定性。