znsno_3基复合材料的制备及气敏性能研究

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1、分类号X502密级公开UDC502编号10299S1309004硕士学位论文ZnSnO3基复合材料的制备及气敏性能研究PreparationandGas-sensingPropertiesofZnSnO3-basedCompositesMaterials指导教师贾晓华副教授作者姓名田名刚申请学位级别硕士专业名称环境科学论文提交日期2016.04论文答辩日期2016.06学位授予单位和日期江苏大学2016.06答辩委员会主席评阅人2016年6月ZnSnO3基复合材料的制备及气敏性能研究PreparationandGas-sensingPropertiesofZnSnO3-basedComp

2、ositesMaterials学科专业：环境科学指导老师：贾晓华姓名：田名刚二〇一六年六月江苏大学硕士学位论文摘要ZnSnO3基复合材料的制备及气敏性能研究随着社会工业化和城市化进程的不断发展，大气污染日益严重，人们环保意识也逐渐提高，社会对有毒有害、易燃易爆气体的检测和控制要求越来越高，因此气体传感器在对大气污染物、工业生产废气的监测以及环境空气质量评价中得到了愈加广泛的应用。气敏材料作为气体传感器最核心的组成部件，是衡量气体传感器气敏性能的标准。实现气敏材料的低维化和自组装形成更复杂的结构(中空结构、多孔结构、分等级结构等)以及开发新的气敏材料是气敏领域的发展趋势，如何实现气敏材料尺

3、寸和结构的可控调节、如何利用新方法提高气敏性能将成为最前沿课题之一。ZnSnO3作为一种复合金属氧化物，与单金属氧化物相比，表现出优异的气敏性能；石墨烯类材料独特的结构和电学性质使其在气敏方面有广泛应用，这两者具有很大的科研价值。本课题决定以ZnSnO3和氧化石墨烯(GO)为研究对象，从组分-结构-性能关系角度出发，通过改变实验方法以及反应条件对气敏材料进行结构、尺寸和组分的调控，分别制备出了ZnSnO3实心微球、中空微球以及ZnSnO3/GO复合材料，并对其气敏性能进行了研究。本论文主要研究内容和结果如下：(1)通过原位沉淀方法，成功地合成了形貌均一且分散性良好的ZnSnO3微球。所制

4、备的ZnSnO3微球粒径在1.8μm左右，且表面粗糙的微球是由ZnSnO3纳米颗粒组装而成。同时，通过改变反应条件合成了不同形貌和结构特征的ZnSnO3样品，探究实验参数对样品形貌和结构的影响。在应用方面，对甲醛气体表现出较高的灵敏度、良好的选择性以及优异的响应恢复特性，在最佳工作温度260ºC下，基于ZnSnO3微球的气敏元件对浓度为20ppm甲醛的响应恢复时间分别为6和18s，这表明ZnSnO3微球对甲醛气体具有优异的气敏性能。(2)通过原位沉淀方法，在无模板剂的条件下，成功地合成了形貌均一且分散性良好的ZnSnO3中空微球。所制备的ZnSnO3中空微球粒径范围约为1.3-1.6μm

5、，并且ZnSnO3中空微球的外壳是由纳米颗粒组装而成的，壳的厚度约为200nm。通过反应条件实现对产物结构与形貌的可调控性，并对其可能的合成机制进行了探索。在应用方面，重点研究了实心结构和中空结构在气敏性能上的差异。IZnSnO3基复合材料的制备及气敏性能研究与ZnSnO3实心微球相比，ZnSnO3中空微球气敏传感器对乙醇气体有较高的灵敏度、较低的检测限和较短的响应-恢复时间，当乙醇浓度为5ppm时，ZnSnO3空心球气敏传感器的灵敏度约为4.5，远远高于ZnSnO3实心球气敏传感器的灵敏度(1.5)。(3)采用水热合成方法，成功地合成了ZnSnO3/GO复合材料，并且包覆在GO表面的Z

6、nSnO3颗粒形貌均匀，分散性良好，粒径在80nm左右，SEM和TEM表征结果可以表明ZnSnO3和氧化石墨烯复合效果良好。实验结果表明，通过ZnSnO3与氧化石墨烯的复合，极大的提高了材料的灵敏度、选择性以及响应恢复特性。在最佳工作温度230ºC下，复合材料制备的传感器对浓度为10ppm甲醛气体的灵敏度（S）为11.5，这远高于ZnSnO3纳米颗粒的灵敏度（5.3），且响应恢复特性也要优于ZnSnO3纳米颗粒。这表明所制备的ZnSnO3/GO复合材料对甲醛具有良好的气敏性能，在检测甲醛上具有潜在的应用。关键词：气体传感器，锡酸锌，氧化石墨烯，复合材料，气敏性能II江苏大学硕士学位论文A

7、BSTRACTTitle:PreparationandGas-sensingPropertiesofZnSnO3-basedCompositesMaterialsWiththedevelopmentofindustrializationandurbanization,airpollutionisworsening.Meanwhile,citizens’environmentalawarenessisincreasedgraduall