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Ti掺杂MoO3纳米棒簇的制备及气敏性能研究开题报告

 2020-04-23 19:37:51  

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着社会的高速发展和工业化程度不断加深,人们赖以生存的环境也受到极大的威胁,其中以工业废气为主要来源的有害气体对人们尤为危险,对这些气体的有效检测与监控刻不容缓,为实现这一目标,社会需要性能优良的气体传感器[1]。近年来,气体传感器的发展尤为迅速,而半导体气体传感器更是解决了传统气敏器件体积大、质量重等缺点,因可实现微型化、智能化和集成化而得到广泛运用[2]

金属氧化物半导体气体传感器由于具有灵敏度高、稳定性好、体积小、易于集成化等优势成为人们的研究热点,相继获得应用的金属氧化物气敏材料有zno、sno2、tio2、fe2o3、coo、in2o3、cr2o3[3]。seiyama在1962年首先报道了zno薄膜元件,实现对可燃性气体检测。同年,田口尚义发明了sno2基气体传感器并实现产业化。然而基于传统材料的气体传感器也存在一定缺点,例如在复杂环境中对可燃性气体选择性差,传感器响应、恢复时间较慢,无法适应在工业生产中对气体传感器的要求[4]。因此,研究者们将目光投向moo3、tio2、nio、wo3等新材料的研究与开发上。

其中moo3是一种宽禁带的n型半导体材料,其稳态α-moo3由变形八面体[moo6]构成的独特层状结构使得其结构对缺陷的容忍度高,令其表面存在更多活性位点,可以更快与目标气体进行反应,因此响应、恢复时间短[5]。此外,moo3对氨和烃类气体分子具有一定的选择性吸附,对这两类气体分子的选择性良好,在气敏和催化方面都有广泛的应用,受到越来越多研究者的关注[6,7]。但是基于纯moo3中电子被束缚在o原子周围,载流子数量少,制成气体传感器存在工作温度高、对低浓度气体检测能力有限等问题[8],因此需通过进一步改性来改善其气敏性能。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

(1) 利用水热法制备ti掺杂moo3纳米棒,通过调控水热时间、水热温度、原料配比等方面的改变,调控材料尺寸、形貌与ti掺杂浓度。

(2) 通过xrd、fesem、tem、bet等测试方法对ti掺杂moo3的组成、形貌、缺陷等微观结构进行表征,研究制备工艺参数的改变对产物的形貌、结构和电学性能影响。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-7周:按照设计方案,制备moo3纳米材料、ti掺杂moo3纳米棒簇材料,采用xrd、fesem、eds等测试技术对复合材料的物相、显微结构进行测试。

第8-11周:制作气敏元件,采用气敏测试系统测试材料的气敏性能。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 刘星, 曹丽云, 黄剑锋. 三氧化钼的性能及应用[J]. 无机盐工业, 2010, 42(12): 12-15.

[2] 李蕾. 掺杂型SnO2气敏材料的特性及其器件研究[D].山东:山东大学物理学院,2008.

[3] 胡彬. 钼、钒氧化物一维纳米材料的制备、性能与器件研究[D].武汉:武汉理工大学材料学院, 2011.

[4] 宋凯. 金属氧化物半导体气体传感器气体检测关键问题研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2011.

[5] 苟中平. 纳米MoO3的水热合成及气敏性能研究[D].重庆:重庆大学, 2014.

[6] Prasad A K, Kubinski D J, Gouma P I. Comparison ofsol–gel and ion beam deposited MoO3, thin film gas sensors forselective ammonia detection[J]. Sensors and Actuators B, 2003, 93(1-3): 25-30.

[7] Seiyama T, Kato A, Fujiishi K, et al. A new detectorfor gaseous components using semiconductive thin films[J]. Analytical Chemistry,1962, 34: 1502-1503

[8] 曹静. 金属氧化物半导体共轴纤维及其气体传感性能的研究[D].吉林大学,2015.

[9] 刘相红. 金属氧化物微纳米结构的合成、调控及气敏性能研究[D].南开大学,2012.

[10] 徐宇兴, 唐子龙, 张中太. 氧化钨纳米线的制备及表征和一氧化碳的气敏性能(英文)[J]. 硅酸盐学报, 2009, 37(3):53-57.

[11] 秦昭君. 铈、银掺杂的二氧化锡单根纳米带的气敏性能研究[D].云南师范大学,2016.

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[13] Lu W, Wang D, Bo D U, et al. Design of a Novel SAWGas Sensor[J]. Piezoelectrics and Acoustooptics, 2015, 37(1): 20-23.

[14] Sun P, You L, Wang D, et al. Synthesis and gassensing properties of bundle-like α-Fe2O3 nanorods[J].Sensors and Actuators B, 2011, 156(1):368-374.

[15] 朱琴, 张裕敏, 胡昌义,等. 氧化物半导体气敏传感器的改性研究进展[J]. 功能材料, 2014, 45(17): 17017-17021.

[16] 赵云枫, 田靖雯, 刘舜舜,等. V掺杂MoO3纳米带的制备及V掺杂对乙醇气敏性能的影响[J]. 中国有色金属学报, 2017, 27(8): 1611-1620.

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[18] Ouyang Q Y, Li L, Wang Q S, et al. Facile synthesisand enhanced H2S sensing performances of Fe-doped α-MoO3 micro-structures[J]. Sensors and Actuators B, 2012, 169: 17-25.

[19] Bai S L, Chen C, Zhang D F, et al. Intrinsiccharacteristic and mechanism in enhancing H2S sensing of Cd-dopedα-MoO3 nanobelts[J]. Sensors and Actuators B, 2014, 204: 754-762.

[20] 祁琰媛. 一维三氧化钼纳米材料的合成、结构与性能研究[D].武汉:武汉理工大学材料工程与材料学院, 2007.

[21] 方成林. Ti掺杂WO3薄膜的制备及气敏性能研究[D]. 重庆师范大学, 2011.

[22] Zheng K, GuL, Sun D, et al. The properties of ethanol gas sensor based on Ti doped ZnOnanotetrapods[J]. Materials Science and Engineering B, 2010, 166(1):104-107.

[23] Guidi V, Boscarino D, CasarottoL, et al. Nanosized Ti-doped MoO3 thin films for gas-sensingapplication[J]. Sensors and Actuators B, 2001, 77(1-2): 555-560.

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