论文部分内容阅读
本文采用溶胶-凝胶法（sol-gel）制备纳米ZnFe2O4 粉末,研究了制备条件对纳米ZnFe2O4的物质结构和显微形貌的影响; 采用厚膜技术,以纳米ZnFe2O4为气敏材料制成旁热式气敏元件,探讨了ZnFe2O4对挥发性有机化合物（VOCs）蒸汽的气敏性能; 通过溶胶-凝胶法,选用不同的掺杂剂对ZnFe2O4进行掺杂,分析了不同掺杂剂对ZnFe2O4的物相结构、电阻特性和气敏特性的影响。通过溶胶-凝胶法,在较低温度（400 ℃） 下焙烧获得物相纯净的ZnFe2O4尖晶石相,颗粒尺寸均匀,分布范围窄,晶粒尺寸细小（小于50nm）。溶胶-凝胶法制备ZnFe2O4粉末是一步合成,前驱体焙烧先分解为非晶状物质,然后直接形成尖晶石结构ZnFe2O4。ZnFe2O4 晶体颗粒生长随焙烧温度的升高大致分为两个阶段,即快速生长I 阶段和正常生长II 阶段。ZnFe2O4 气敏测试结果表明:ZnFe2O4 厚膜对五种VOCs 蒸气的敏感度顺序大致为:丙酮>乙醇>二甲苯>甲苯>苯,且VOCs 蒸汽的敏感度与其官能团相关。ZnFe2O4厚膜对五种VOCs蒸气的敏感度存在最佳工作温度:丙酮的为300℃,乙醇的为320℃,二甲苯、甲苯和苯的为360℃。为了改善ZnFe2O4的气敏性能,对其进行掺杂。试验结果发现:掺杂Mg、Sb 能有效提高ZnFe2O4 的气敏特性; 掺杂V 能提高ZnFe2O4 对苯类气体的高温敏感性和选择性; 而Bi 和Mn 对ZnFe2O4 的气敏性能有毒化作用,明显降低ZnFe2O4 对VOCs 气体的敏感性。本文主要分四个部分,第一部分综合介绍了利用气体传感器探测VOCs 气体的方法,纳米ZnFe2O4的制备方法及其在气体传感器中的应用,并阐述了本课题研究的目的及意义。第二部分研究了利用溶胶-凝胶法制备纳米ZnFe2O4气敏材料,并进行物相结构和形貌分析。第三部分着重分析了纳米ZnFe2O4厚膜元件的气敏性能。第四部分探讨了掺杂对ZnFe2O4的结构、电阻和气敏性能的影响。