wo3碳纳米管复合材料氢气敏感特性的研究微电子学与固体电子学专业论文.docxVIP

目录目录 目录 目录 中文摘要 I Abstract． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ． ． ．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．1I 第1章绪论 1 1．1课题研究的背景和意义 l 1．2 W03概述 2 1．2．1 W03的结构和性质 ．2 1．2．2 W03气敏性能的研究现状 ．3 1．3碳纳米管概述 5 1．3．1碳纳米管的结构与性能 5 1．3．2碳纳米管的改性 ．8 1．3．3碳纳米管气敏性能的研究现状 9 1．4 W03／CNTs复合材料的合成及应用 10 1．5课题研究的主要内容 ．14 第2章薄膜的制备与表征 一I 5 2．1制备方法及方案设计 ．1 5 2．1．1溶胶凝胶法 。l 5 2．I．2制备方案设计 。15 2．2实验前准备 l 6 2．2．1前驱体工艺的选择 ．．1 6 2．2．2试剂与仪器 一l 7 2．2．3衬底预处理 一1 8 2．3纳米W03薄膜的制备和表征 18 2．3．1 W03前驱体溶胶的配制 18 2．3．2 W03薄膜的制备 20 2．3．3纳米W03薄膜的SEM表征 ．．21 万方数据 黑龙江大学硕士学位论文2．4 黑龙江大学硕士学位论文 2．4 Pd掺杂的W03薄膜的制备和表征 22 2．4．1 Pd掺杂的W03薄膜的制各 22 2．4．2 Pd掺杂的W03薄膜的SEM表征 一23 2．5 W03／MWCNTs薄膜的制备和表征 24 2．5．1碳纳米管的纯化 。24 2．5．2 W03／MWCNTs薄膜的制备 ．26 2．5．3 W03／MWCNTs薄膜的SEM表征 。26 2．6 Pd．W03／MWCNTs复合薄膜的制备和表征 一27 2．6．1 Pd—W03／MWCNTs复合薄膜的制备 27 2．6．2 Pd—W03／MWCNTs复合薄膜的AFM表征 28 2．6．3 Pd—W03／MWCNTs复合薄膜的XRD表征 29 2．7本章小结 ．30 第3章气敏机理与传感器结构设计 ．3 l 3．1 W03敏感材料的工作原理 。3 1 3．1．1 W03敏感材料的气敏机理 ． 。3l 3．1．2 W03敏感材料的吸附原理 32 3．2 Pd—W03／MWCNTs复合材料的气敏机理 ．．33 3．3传感器芯片的结构设计 ．36 3．3．1传感器的芯片结构 一36 3．3．2叉指电极的设计 一37 3．3．3传感器芯片制作的工艺流程 。39 3．4本章小结 ．4l 第4章Pd。W03／MWCNTs复合材料气敏性能测试 42 4．1气敏传感器测试系统的建立 ．42 4．1．1测试系统的整体结构 一42 4．1．2传感器气敏测试流程 ．．43 4．2最佳掺杂量的选择 ．44 ．IV． 万方数据 目录4．2．1 目录 4．2．1 Pd掺杂量对气敏性能的影响 ～44 4．2．2 MWCNTs掺杂量对气敏性能的影响 ～44 4．3传感器气敏性能测试 ．45 4．3．1退火温度对气敏性能的影响 一45 4．3．2气敏材料工作温度测试 ．．46 4．3．3初始电流值的测量 ．．47 4．3．4气敏材料灵敏度测试 一48 4．3．5气敏材料选择性测试 ～5 1 4．3．6传感器响应恢复时间测试 ．．52 4．3．7传感器的重复性测试 一53 4．4本章小结 ．54 结 论 55 参考文献 56 致 谢 62 独创性声明 63 万方数据 第1章绪论第1章绪论 第1章绪论 第1章绪论 1．1课题研究的背景和意义 氢气是一种无色无味的气体，在空气中有较大的扩散系数约为0．6lcm2／s。它 是一种可再生的清洁型能源，具有较高的燃烧值约为142KJ／g，而且燃烧速度快， 氢气不同于汽油和柴油等其他燃料，氢气燃烧的产物是水，不会释放污染物和温 室气体，已经被广泛应用于航空、工业和日常生活中。氢气是高度易燃的燃料， 在空气中的浓度达到4％时遇明火就会爆炸，而且由于它无色无味，不易被察觉， 因此快速准确的检测和监测就显得尤为重要I¨。在科技高度发达的今天，制作出一 款低功耗，高稳定性，高敏感性和快速响应的氢气传感器是被众人所期待的。 目前氢气传感器的种类很多，主要有半导体型氢敏传感器、热电型氢敏传 感器、光学型氢敏传感器以及电化学型氢敏传感器【21。其中半导体型氢敏传感器 又分为电阻型和非电阻型两种，对于电阻型氢气传感器的研究较为广泛，它的 发展也十分迅速，具有结构简单、体积小和成本低廉等优点。主要是基于金属 氧化物半导体(ZnO、Sn02、Ti02、W03等)材料对氢气进行检测。通过对通 入氢气前后传感器电阻的变化来反应对氢气的响应程度。但同时也存在一定的 局限，金属氧化物半导体气体传感器能够检测的气体范围