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【6h】

SnO2多孔结构与纳米复合物的制备及其气敏特性研究

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随着纳米科技的发展，纳米敏感材料传感器件在环境检测中的应用逐渐成为研究热点，其中氧化物半导体纳米传感器在气体检测上得到了广泛应用。当待测气体与金属氧化物敏感材料接触时，在敏感材料的表面发生吸附和化学反应，使电子在敏感材料中的传输能力发生变化，从而导致其电学性质的变化。目前来说，SnO2是研究的热点，同时也是由基础研究走向实际应用并且用途最广的一类气体敏感材料。
　　 本文以SnO2为主要研究对象，系统研究了纳米材料的多孔形貌以及复合物体系对气敏性能的影响。采用碳质球（简称为碳球）作为大孔模板制备了介孔-大孔复合的SnO2多孔结构，采用氧化石墨烯作为模板制备了SnO2/石墨烯复合物，通过对纳米结构材料的一系列表征，探讨了纳米材料的形成机理，利用厚膜工艺将这两种纳米结构的SnO2敏感材料制作成气体传感器，检测室内空气污染物。另外，对传感器响应的灵敏度，选择性，稳定性和重现性进行了系统研究，并从纳米材料的结构、SnO2纳米颗粒的尺寸和气体扩散等方面对其响应原理给出了合理解释。
　　 论文第一章概括介绍了半导体纳米传感器在气体检测方面的应用的研究现状。第一部分介绍了电导型氧化物纳米传感器的研究,从电导型氧化物的性能出发，探究它的发展以及在传感器方面的应用，以及对气体响应机理的多种理论解释。第二部分介绍了SnO2纳米传感器的探究，作为应用最广泛，研究的最成熟的一种半导体氧化物，SnO2具有特定的带隙结构和性能。这部分探究了其合成方法和气体传感器方面的应用以及不同纳米结构SnO2的研究趋势。最后介绍了室内气体污染物的危害、检测和防治。
　　 论文第二章主要研究了介孔．大孔SnO2的制备以及气敏性能。通过葡萄糖聚合的方法合成碳球，以碳球为大孔模板利用溶胶-凝胶法合成介孔-大孔复合的SnO2纳米材料，详细阐述了碳球和介孔-大孔SnO2的制备过程以及表征，通过环境扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)、XRD、比表面(BET)对介孔．大孔复合的SnO2进行了形貌、结构和结晶程度以及孔结构的表征和分析。以介孔。大孔SnO2为敏感膜，制作成气体传感器，检测室内挥发性有机污染物包括乙醇、苯、甲苯，并且讨论了气体响应的敏感机理以及膜材料的结构对响应时间的影响，结果显示这种材料更利于气体的吸附和脱附，大大缩短了响应和恢复时间，这一点在苯的检测上更能体现。
　　 论文第三章主要研究了SnO2/石墨烯复合物的制备以及气敏特性。以氧化石墨烯为模板通过湿化学法制备了SnO2/石墨烯复合物并对其形成机理进行了探讨。利用透射电子显微镜(TEM)和原予力显微镜(AFM)对氧化石墨烯的形貌进行了分析，说明了其褶皱和卷曲的片层结构。通过透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)表征图以及热重分析(TGA)和XPS的表征对SnO2/石墨烯复合物的形貌、结晶度、晶型以及表面基团进行了表征和分析。以SnO2/石墨烯复合物为敏感材料，制作气体传感器，通过传感器对乙醇和苯的响应的对比，发现这种传感器对苯的检测限更低，可以达到5ppb，克服了以往材料对苯响应很小，灵敏度不高的缺点，同时对响应机理也给出了合理的解释。
　　 论文第四章对前期的工作进行了总结，并对下一步工作提出了展望。

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