納米NiO粉體的制備及其氣敏性能的研究.pdf

1、本研究以醋酸鎳為原料，制備納米NiO粉體，利用X射線衍射儀和透射電鏡分析材料的微觀結(jié)構(gòu)。并以自制的納米NiO粉體制成了旁熱式氣敏元件，研究納米NiO氣敏元件對還原性氣體的氣敏性能和氣敏機理，并研究了燒結(jié)溫度和摻雜對納米NiO粉體氣敏性能的影響，結(jié)果如下： 1.納米NiO粉體制備的研究以醋酸鎳為原料，采用沉淀法、溶膠-凝膠法和室溫固相反應(yīng)三種方法制備NiO粉體，經(jīng)TEM表征得出：沉淀法制備的粉體粒徑比較小，分散均勻，在10-20n

2、m之間，且粒子的形狀比較規(guī)則，大多為球型，少部分為橢圓型；而溶膠-凝膠法和室溫固相反應(yīng)法制備的粒子團聚比較嚴重，前者制得的粒子中納米和微米級別共存，后者制得的粒子屬微米級別，且無法定形。 采用沉淀法制備的NiO粉體，通過TEM、電子衍射和XRD研究表明，制備的粉體為立方型面心結(jié)構(gòu)多晶體，分散均勻，粒徑在10-20nm之間，符合實驗中制備氣敏元件對材料的要求。 2.未摻雜納米NiO氣敏性能研究采用自制的納米NiO粉體，通過

3、涂敷、煅燒、老化等工藝制備成旁熱式氣敏傳感器元件，通過研究納米NiO氣敏元件的性能，發(fā)現(xiàn)元件對HCHO，CH3OH，C2H5OH，TMA都有一定程度的響應(yīng)，響應(yīng)—恢復快，對C2H5OH，的靈敏性最好。 NiO半導體材料能夠進行氣敏檢測的原因在于：還原性氣體在其表面發(fā)生化學吸附給出電子，這些外來的電子使得材料體內(nèi)的Ni3+轉(zhuǎn)化為Ni2+，在這個轉(zhuǎn)變過程中，隨著Ni3+的減少，材料電阻增大，從而達到檢測氣體的目的。 3.燒結(jié)

4、溫度對納米NiO粉體氣敏性能的影響實驗中以500ppm的C2H5OH作為測試氣體，研究燒結(jié)溫度對納米NiO氣敏元件靈敏度的影響，得出燒結(jié)溫度不同，氣敏元件對氣體的靈敏度也不同。隨著燒結(jié)溫度的升高，元件對乙醇氣體的靈敏度先逐漸升高，然后又逐漸下降，在500℃靈敏度最高。由實驗結(jié)果初步探討：當制備納米NiO粉體的燒結(jié)溫度小于500℃時，可能因殘留有未分解的雜質(zhì)陰離子Ac-或陽離子NH+4而妨礙顆粒的緊密堆積使材料活性降低，近而導致在350-

5、500℃的燒結(jié)溫度區(qū)間，元件的靈敏度隨燒結(jié)溫度的增大逐漸增大；當燒結(jié)溫度大于500℃時，由于納米NiO粉體具有極大的比表面積和較高的活性，在較高溫度下，緊密接觸的顆粒之間即會發(fā)生燒結(jié)形成燒結(jié)頸而產(chǎn)生硬團聚體使微顆粒長大，孔隙率下降，同樣導致材料活性降低，致使在這個燒結(jié)溫度區(qū)間，元件的靈敏度隨燒結(jié)溫度的增大而減小。 4.摻雜納米NiO粉體氣敏性能的研究利用實驗室自制的納米NiO粉體，對其進行不同的摻雜，制備出旁熱式氣敏元件，采用靜

6、態(tài)配氣法測試氣敏性能。測試結(jié)果表明：WO3的摻雜可以明顯提高納米NiO氣敏元件的檢測靈敏度，其中WO3的摻雜量為5％時效果最好，尤其適合C2H5OH的檢測。由實驗結(jié)果初步探討：摻雜WO3可以改善納米NiO元件的氣敏性能，并且隨著WO3的增加，改善的效果越明顯的原因在于：一方面摻雜WO3相當于施主摻雜，摻雜后，材料中施主濃度增加，產(chǎn)生大量的施主性表面態(tài)，改變了NiO的表面張力和活化能，使氣體在NiO表面的吸附量增加，同時吸附的氣體以WO3