摘要: 现代社会，随着工业化的迅速发展和人口的急剧增长，各种易燃易爆、有毒有害性气体以及它们的混合性气体在工矿企业、科学研究部门和家庭中变得随处可见，随之而来的爆炸事故、大气污染、火灾事故等成为威胁人类生命及财产安全的重大难题。因此，及时... 展开 现代社会，随着工业化的迅速发展和人口的急剧增长，各种易燃易爆、有毒有害性气体以及它们的混合性气体在工矿企业、科学研究部门和家庭中变得随处可见，随之而来的爆炸事故、大气污染、火灾事故等成为威胁人类生命及财产安全的重大难题。因此，及时地监控这些气体并报警防灾便成为迫切需要解决的问题。目前，检测气体的方法有很多，例如电化学法、光学法、色谱法等，但是这些方法的缺点是它们的成本较高、测定装置比较复杂，因此不易广泛推广。而用金属氧化物半导体材料制备的气敏传感器，因其制作简单、成本较低、稳定性好、便于携带等优点，成为了工业上和日常生活中及时检测和监控这些易燃易爆气体、有毒有害气体的重要手段之一。现阶段研究表明，分层结构、多孔结构以及空心结构因其具有大的比表面积、高的孔隙率和低密度等优点成为了构建高灵敏度和快速响应的理想结构。本论文瞄准这一研究方向，通过简单的水热法结合退火处理的方式合成了单分散空心结构的ZnO和多孔结构的α-Fe2O3微米粒子。利用Cu掺杂及改变水热反应时间等条件对样品进行了表面修饰，并用所合成的样品作为气敏材料制备了相应的气体传感器。主要的研究工作如下： 1.通过一个简单的水热法在160℃下反应20个小时后对其退火处理成功合成了单分散的ZnO空心六面锥。柠檬酸钠和丙三醇在空心六面锥的形成过程中起着不可或缺的作用。根据形貌结果，我们也提出了空心六面锥可能的生成机理。另外，用这种特殊结构制成的传感器在240℃的最佳温度下对乙醇展现出优异的气敏性能。它对200 ppm乙醇的响应值为187，且响应和恢复时间分别为11秒和9秒，这表明我们的样品对乙醇具有高的灵敏度、短的响应恢复时间和好的选择性。 2.通过一个简单的水热法在140℃下反应16个小时后又对其进行退火处理，随后成功合成了汉堡包状的α-Fe2O3微米粒子。这些微米粒子的长和宽分别为2.7和2.2微米，并且展现出单分散多孔结构。我们用这种独特的结构制备了相应的传感器，并在270℃下对500 ppm各种气体进行了测试，发现其对丙酮的响应值大约为236，远高于对其它气体的响应值。另外，其响应时间和恢复时间都在10秒以内。这表明了这种结构对丙酮具有高的敏感性、快的响应恢复时间和好的选择性。因此，该样品的这种特殊结构赋予了丙酮探测广泛的应用前景。 3.利用新颖的水热法成功的合成了单分散多孔的立方体状、饼状和椭球体状的α-Fe2O3微米粒子。我们采用各种表征方法对人工合成的α-Fe2O3微米粒子进行了研究。其SEM和TEM结果表明所有这些微米粒子的直径大概都为2-3微米。气敏测试结果表明，水热反应时间和Cu的掺杂量对传感器的性能都有很大的影响。在这些传感器中，Cu的掺杂量为1.0 wt%而且水热时间为15小时的传感器的气敏性能最佳，也就是说饼状的α-Fe2O3具有最好的气敏性能。它在270℃对500 ppm丙酮的响应值为205.3，比氨水的响应值（约为17.3）高11.9倍。另外，响应时间和恢复时间都在10秒内，表明1.0 wt%Cu掺杂的α-Fe2O3微米饼制备的传感器对丙酮探测具有潜在的应用。最后，我们对α-Fe2O3微米粒子可能的生长机理和气敏机理也作了进一步研究。 收起