發(fā)布時間：2020-03-26 04:54

【摘要】：礦井中通常會存在硫化氫、二氧化氮、甲烷及一氧化碳等高危害氣體,嚴(yán)重影響井下生產(chǎn)安全,對礦井中危害氣體的實時監(jiān)測至關(guān)重要。因此,開發(fā)靈敏度高、選擇性好、檢測下限低、穩(wěn)定性好的氣體傳感器勢在必行,而高效敏感材料的設(shè)計合成是其中的關(guān)鍵。本文設(shè)計合成了一系列具有高比表面積的有序大介孔鎢、鉬基金屬氧化物,探究了其介觀結(jié)構(gòu)(比表面積、孔徑、孔壁厚度等)對氣敏性能的影響。采用有序介孔氧化硅KIT-6為硬模板、硅鎢酸作為前驅(qū)體,通過納米澆筑法合成了一系列高比表面積有序介孔氧化鎢。通過降低水熱老化溫度減小KIT-6的孔徑及連通性,相應(yīng)介孔氧化鎢的比表面積由64 m2/g增加到163 m2/g,孔徑由3 nm增大至12 nm,孔壁厚度由9.1 nm減小至3.4 nm。氣敏性能測試發(fā)現(xiàn),介孔氧化鎢在工作溫度100 ℃時對硫化氫具有非常高的選擇性,其靈敏度(Rair/Rgas)隨比表面積的增加而顯著提升,響應(yīng)恢復(fù)速度隨孔徑的增大而提高。同時具有高比表面積(163m2/g)和大介孔(12nm)結(jié)構(gòu)的氧化鎢對1000ppb硫化氫氣體的靈敏度最高可達(dá)313,檢測下限低于2 ppb。通過類似的方法,采用KIT-6為硬模板、四水合鉬酸銨作為前驅(qū)體,合成了一系列高比面積有序介孔二氧化鉬。氣敏性能測試發(fā)現(xiàn),同時具有高比表面積(169m2/g)、大介孔(12nm)、薄孔壁(7.1 nm)的介孔二氧化鉬在工作溫度300℃時對10 ppm乙醇?xì)怏w的靈敏度是低比表面積(109 m2/g)、小介孔(4 nm)、厚孔壁(9.9 nm)結(jié)構(gòu)二氧化鉬的3.2倍,分別為213和67。另外,還以KIT-6為模板、四水合鉬酸銨和六水合硝酸鎳作為混合前驅(qū)體,合成了一系列有序介孔鉬酸鎳/氧化鎳復(fù)合物(比表面積:115～133m2/g,孔徑:3～12nm,孔壁厚度:6.3～9.5nm)。氣敏性能測試發(fā)現(xiàn),同時具有高比表面積(133 m2/g)、大介孔(12nm)、薄孔壁(6.3 nm)結(jié)構(gòu)的鉬酸鎳/氧化鎳復(fù)合物在工作溫度150℃時對1000 ppb二氧化氮氣體的靈敏度是低比表面積(115 m2/g)、小介孔(3 nm)、厚孔壁(9.5 nm)結(jié)構(gòu)鉬酸鎳/氧化鎳復(fù)合物的8.5倍,分別為59.6和8.5,檢測下限低于2 ppb。
【圖文】：

導(dǎo)體的空穴積累層變寬。此時，Ｎ型半導(dǎo)體材料的電阻增大，Ｐ型半導(dǎo)體材料的電阻減小。敏感逡逑元件與待測氣體接觸平衡后的電阻即為敏感元件在待測氣體中的穩(wěn)定電阻，此時的電阻值記為逡逑。圖１－３為Ｎ型半導(dǎo)體晶體能帶圖。逡逑“Ｅ邐個￡逡逑Ｖ逡逑＾邋Ｖ邋＾邋ｃ邋ｅ邋ｅ邋ｒ邋ｅ邋（＊逡逑——邐邐邐Ｅｃ邋＾邐邐￣一邋［ｃ逡逑……」邐１邐…一卜……逡逑ＥＦ邐ｒ邐＾逡逑邐＾Ｖ＂邐Ｅｖ逡逑０邐－ｖ邐］0邐ｘ逡逑（ａ）吸附氧氣前邐（ｂ）吸附氧氣后逡逑圖１－３邋Ｎ型半導(dǎo)體晶體能帶示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ｎ－ｔ｝；ｐｅ邋ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ邋Ｅｎｅｒｇ＼：邋ｂａｎｄ逡逑－８邋－逡逑

寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論文邐第二章實驗部ｆ逡逑體產(chǎn)生衍射的必要不充分條件，是晶體衍射的理論基礎(chǔ)。圖２－１為Ｘ射線衍射示意圖，根據(jù)布拉逡逑格公式：逡逑２ｄｓｉｎ６邋＝逡逑式中．？邋ｄ為晶面間距，０為布拉格角（最大晶面衍射角），ｎ為衍射級數(shù)，Ｘ為入射Ｘ射線波逡逑長。逡逑Ａ邐Ｃ逡逑Ａ＇ｘ邋Ｘ邐＾邐／Ｃ，，逡逑Ｘ邋＼ｂ邋＇邋Ｘ逡逑－逡逑ａ逡逑Ａｔｗｉｉｉｃ－ｓｃａｌｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｌａｔｔｉｃｅ邋ｐｌａｎｅｓ逡逑圖２－】Ｘ射線衍射示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｘ－Ｒａｙ邋ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑（２）謝樂公式（測晶粒尺寸的理論基礎(chǔ)）：Ｘ射線衍射譜帶的展寬取決于晶粒尺寸：晶粒尺逡逑寸越小，其衍射線越彌散和寬化。謝樂（Ｓｃｈｅｒｒｅｒ）公式可以描述晶粒尺寸與衍射峰半峰寬之間的逡逑關(guān)系。根據(jù)謝樂公式：逡逑ｋＸ逡逑ｄ邋＝邐逡逑Ｐｃｏｓ８逡逑式中：ｄ為晶粒尺寸，ｋ為Ｓｃｈｅｒｒｅｒ常數(shù)，Ｘ為輻射的波長，ｐ為衍射峰的加寬，０為半衍射逡逑角。逡逑２．３．２透射電子顯微鏡（ＴＥＭ）逡逑透射電子顯微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，簡稱ＴＥＭ）主要用于觀察尺寸小于０．２逡逑微米的超微結(jié)構(gòu)。本文所用的透射電子顯微鏡地型號為為日本日立公司的ＨＴ－７７００，加速電壓為逡逑１００ｋＶ，電流為邋１０Ａ邋＝逡逑透射電子顯微鏡是將加速和聚集后的電子束投射到載有待測樣品的銅網(wǎng)上
【學(xué)位授予單位】：寧夏大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TD79;TB383.4

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本文編號：2600974