優(yōu)勝從選擇開始,我們是您最好的選擇!—— 中州期刊聯(lián)盟(新鄉(xiāng)市博翰文化傳媒有限公司)
0373-5939925
2851259250@qq.com
我要檢測 我要投稿 合法期刊查詢

新型SnO2納米片氣敏特性的研究

作者:于躍,于海來源:《企業(yè)科技與發(fā)展》日期:2019-06-18人氣:2365

眾所周知,納米材料金屬氧化物氣敏材料具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)回復(fù)快、靈敏度髙等優(yōu)點(diǎn)。并且廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染治理,工業(yè)氣體監(jiān)控、可燃性毒性氣體檢漏報警等領(lǐng)域。當(dāng)然,基于納米材料所制備的傳感器也吸引了研究者們極大的探索興趣。比如通過制備出不同形貌和結(jié)構(gòu)的納米氧化物來檢測有害氣體,并不斷提高其靈敏度和選擇性等等。

在眾多金屬氧化物納米材料的制備方法中,如:化學(xué)沉淀法、溶膠凝膠法、微乳液法和水熱法等等,本文選擇了具有反應(yīng)簡單、操作簡便、易于控制,成本較低等優(yōu)點(diǎn)的水熱法來制備性質(zhì)優(yōu)良SnO2納米結(jié)構(gòu)。

1  實(shí)驗部分

1.1  實(shí)驗原材料

實(shí)驗所需的材料有:SnCl2·H2O、CTAB、去離子水、乙醇、檸檬酸鈉,以上所有試劑材料均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

1.2  實(shí)驗制備

本實(shí)驗利用水熱法制備SnO2納米結(jié)構(gòu)。首先,向10ml乙醇和30ml去離子水當(dāng)中加入3.632g SnCl2·H2O,在此過程中,始終用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌,隨后依次加入1.28g檸檬酸鈉,0.44gCTAB。持續(xù)攪拌20min之后加入到水熱反應(yīng)釜中,并在180℃的溫度下,水熱反應(yīng)2h。待反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行離心處理,然后用去離子水和乙醇各洗滌3次,在60℃干燥箱中烘干10h后,在400℃下退火3h,得到SnO2樣品。

1.3  材料的表征

利用X射線衍射儀(XRD)對所得樣品進(jìn)行物相分析,利用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)對所得樣品形貌進(jìn)行分析,并利用智能氣敏分析系統(tǒng)對所得樣品的氣敏性能進(jìn)行分析測試。

1.4  氣敏性測試準(zhǔn)備

(1)制樣:將SnO2樣品放進(jìn)瑪瑙研缽,并加入無水乙醇進(jìn)行研磨,待SnO2樣品成均勻糊狀物時涂在電極片上,待干燥后使用。如圖1(c)所示。

(2)測試: 將帶有SnO2樣品的電極片放置在氣敏測試儀的控溫臺上,如圖1(b)所示,利用智能氣敏分析系統(tǒng)進(jìn)行氣敏性能測試,如圖1(a)所示。

圖1  氣敏材料的制備及測試儀器圖(a)氣敏元件的制備及測試儀器圖(b)控溫臺圖(c)平面型氣敏傳感器圖

2  分析與討論

2.1  形貌分析

圖2顯示了場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)對SnO2樣品不同放大倍數(shù)的形貌和結(jié)構(gòu)。

圖2  (a)(b)分別為SnO2樣品放大不同倍數(shù)時的FESEM掃描圖

圖2(a)、2(b)是 SnO2樣品不同放大倍數(shù)圖。且圖2(a)、2(b)分別為放大85000倍、100000倍后的結(jié)果。根據(jù)樣品的放大倍數(shù)圖可知,樣品成直徑為100nm的超薄納米片狀結(jié)構(gòu),比較粗糙,同時并未發(fā)現(xiàn)其他形貌,且存在團(tuán)聚現(xiàn)象。

2.2  XRD的測試及氣敏性能分析

2.2.1  XRD的測試

圖3  (a)SnO2樣品在最佳工作溫度下,在不同濃度乙醇?xì)怏w中響應(yīng)值的折線圖

(b)SnO2樣品在的X射線衍射圖譜

(c)SnO2樣品在最佳工作溫度下在不同氛圍中靈敏度對比圖

(d)SnO2樣品穩(wěn)定性曲線圖

(e)SnO2樣品在100 ppm 乙醇?xì)夥罩胁煌墓ぷ鳒囟扰c靈敏度的對應(yīng)曲線圖

(f)SnO2樣品響應(yīng)和恢復(fù)曲線圖

(g)SnO2樣品在最佳工作溫度下,濃度響應(yīng)曲線圖

利用X射線衍射(XRD)圖譜對退火樣品SnO2進(jìn)行了測試,所得結(jié)果如圖3(b)所示。由圖可知,在2θ=26.48°、33.83°、37.72°、51.62°、78.50°處的衍射峰與 SnO2(JCPDS:77-452)的晶面(310)、(112)、(301)、(330)、(312)相對應(yīng)。

2.2.2  氣敏性能分析

利用智能氣敏分析系統(tǒng)對樣品SnO2的氣敏性能進(jìn)行測試。如圖3(a)、(c)、(g)、(e)所示:

首先,是對SnO2樣品最佳工作溫度的測量。圖3(e)是濃度為100ppm 的乙醇?xì)怏w在不同的溫度下工作的靈敏度曲線。根據(jù)圖像可知,SnO2樣品的靈敏度隨工作溫度的變化關(guān)系:當(dāng)溫度低于175℃時,靈敏度隨溫度的進(jìn)一步升高,靈敏度逐漸增大;當(dāng)溫度達(dá)到175℃時,靈敏度達(dá)到峰值且其數(shù)值為12.14;當(dāng)溫度高于175℃時,靈敏度隨工作溫度的進(jìn)一步升高,靈敏度逐漸減小;由此可見,樣品最佳工作溫度為175℃。接下來,測量了SnO2樣品的選擇性。圖3(c)為樣品在最佳工作溫度175℃下,在不同氣體環(huán)境下工作時靈敏度的對比。如圖可知,在100 ppm 的乙醇、甲醛、甲醇、氨水、丙酮這幾種氣體環(huán)境當(dāng)中,靈敏度有顯著的不同。在以上幾種氣體環(huán)境當(dāng)中,SnO2樣品在乙醇這種氣體環(huán)境中靈敏度最高,其數(shù)值為12.14。其次是甲醛氣體,其數(shù)值為7.68。其他氣體的響應(yīng)相對較低,其中在甲醇?xì)夥罩械撵`敏度為1.84,在氨水氣氛中的靈敏度為1.21,在丙酮?dú)夥罩械撵`敏度為1.56。通過對比可知,SnO2樣品在乙醇和甲醛氣氛中具有較好的選擇性和靈敏度。圖3(a)為樣品在最佳工作溫度下,在不同濃度乙醇?xì)怏w中響應(yīng)值的折線圖。由圖像可知,隨著乙醇?xì)怏w濃度的增加響應(yīng)值不斷增大,其中當(dāng)乙醇?xì)怏w濃度為500ppm時,靈敏度最高。圖3(g)為樣品在最佳工作溫度175℃時,不同濃度的乙醇?xì)怏w(分別為10ppm、20ppm、50ppm、100ppm、200ppm、500ppm)的靈敏度與響應(yīng)的對比曲線。

通過上述對SnO2樣品的靈敏度、選擇性的測量與分析。又對SnO2樣品的穩(wěn)定性進(jìn)行了測量,如圖3(d)所示。圖3(d)為樣品穩(wěn)定性的曲線圖,由圖可知,SnO2樣品的穩(wěn)定性良好。

接著,對樣品的響應(yīng)時間及恢復(fù)時間進(jìn)行了測試分析,如圖3(f)所示。圖3(f)是SnO2樣品響應(yīng)時間和恢復(fù)時間曲線圖。由圖可知,SnO2樣品的響應(yīng)時間為7s,恢復(fù)時間為52 s。

2.3  與其他樣品的對比

本實(shí)驗中,利用水熱法制備SnO2納米結(jié)構(gòu)。此實(shí)驗中,SnO2樣品的最佳工作溫度為175℃,且呈納米片狀結(jié)構(gòu);且在最佳工作溫度下(175℃)的靈敏度為12.14。

在對比樣品SnO2中,利用水熱法制備SnO2納米結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗中使用了表面復(fù)雜的表面活性劑,比如:十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和聚乙二醇—600(PEG)表面活性劑等。該對比樣品的最佳工作溫度為220℃,且其形貌是由平均直徑為40 nm,長度約為100 nm的納米棒組成花狀結(jié)構(gòu);在最佳工作溫度下(220℃)的靈敏度為6.5,響應(yīng)時間和恢復(fù)時間分別為2s和20s。

通過上述對比可見,本樣品的靈敏度(12.14)優(yōu)于對比樣品的靈敏度(6.5),靈敏度良好,且本樣品最佳工作溫度(175℃)比對比樣品的最佳工作溫度(220℃)低。相比之下,本實(shí)驗方案比對比樣品SnO2的實(shí)驗方案更為簡單。

3  實(shí)驗結(jié)論

本實(shí)驗成功制備了SnO2納米片狀結(jié)構(gòu),且在最佳工作溫度175℃、100ppm濃度下,靈敏度為12.14,樣品對乙醇、甲醛等氣體選擇性良好,穩(wěn)定性良好。響應(yīng)時間和恢復(fù)時間分別為7s和52s。

4  結(jié)語

本次實(shí)驗雖然已經(jīng)成功制備SnO2納米片狀結(jié)構(gòu),但從目前數(shù)據(jù)來看,SnO2樣品對甲醇、氨水、丙酮等氣體的靈敏度還不是很理想,在實(shí)際應(yīng)用過程中,傳感器需要對目標(biāo)氣體有良好的選擇性,因此仍需要進(jìn)一步改善和提高SnO2對其他氣體的靈敏程度。也應(yīng)盡可能提高樣品響應(yīng)的速度,使其快速的響應(yīng)。以滿足當(dāng)前和未來的環(huán)境及能源相關(guān)需求。



本文來源:《企業(yè)科技與發(fā)展》:http://m.00559.cn/w/qk/21223.html

網(wǎng)絡(luò)客服QQ: 沈編輯

投訴建議:0373-5939925????投訴建議QQ:

招聘合作:2851259250@qq.com (如您是期刊主編、文章高手,可通過郵件合作)

地址:河南省新鄉(xiāng)市金穗大道東段266號中州期刊聯(lián)盟 ICP備案號:豫ICP備2020036848

【免責(zé)聲明】:中州期刊聯(lián)盟所提供的信息資源如有侵權(quán)、違規(guī),請及時告知。

版權(quán)所有:中州期刊聯(lián)盟(新鄉(xiāng)市博翰文化傳媒有限公司)

關(guān)注”中州期刊聯(lián)盟”公眾號
了解論文寫作全系列課程

核心期刊為何難發(fā)?

論文發(fā)表總嫌貴?

職院單位發(fā)核心?

掃描關(guān)注公眾號

論文發(fā)表不再有疑惑

論文寫作全系列課程

掃碼了解更多

輕松寫核心期刊論文

在線留言