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一维纳米材料的湿敏性能研究

作　者: 田百祥
导　师: 程抱昌
学　校: 南昌大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 氧化铝 铝酸锌 纳米材料 纳米管 纳米棒 湿度传感器
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 26次
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内容摘要


湿度传感器作为化学传感器的重要分支,由于在环境监测和控制、工业生产控制以及人们的日常生活等方面具有广泛实际应用而受到了广泛研究。近些年,人们开发出了电容型、电阻型、频率型以及折射指数型湿度传感器。各种湿敏材料：电解质材料、有机聚合物、陶瓷材料也是相续应用到湿度传感器上来。目前,这一领域的研究目标是制备具有高性能的湿度传感器,如：灵敏度高、线性度好、可靠性及稳定性好、响应恢复快、湿滞小等。一维纳米湿敏材料,由于其巨大的比表面积和有效的电子运输功能,使其在改善湿度传感器性能方面具有独特的优势。因此,本文选择多孔纳米铝酸锌(ZnAl2O4)棒、氧化铝(Al2O3)纳米管为研究对象,用Agilent 4284A Precision LCR meter对其湿敏性能进行了研究。通过水热共沉淀法制备出一维(1-D)管状NH4Al(OH)2CO3前驱物,该前驱物经不同温度退火得到不同晶相Al2O3纳米管；并制备了基于无定形Al2O3纳米管的湿敏元件,该元件具有较高的灵敏度和线性度、较小的湿滞(约为6%RH)、较短的响应时间(10s)和恢复时间(20s)；并用复阻抗图谱分析了其湿敏机理。通过水热共沉淀法制备出1-D棒状NH4Al(OH)2CO3和1-D棒状Zn6Al2(OH)16CO3层状前驱物,该前驱物经900℃退火3h得到多孔ZnAl2O4纳米棒；并制备了基于多孔ZnAl2O4纳米棒的湿敏元件,该元件具有较高的灵敏度和线性度、较小的湿滞(约为2%RH)、较短的响应时间(15s)和恢复时间(30s)；并用复阻抗图谱分析了其湿敏机理。本文通过以上两部分的工作,较系统地研究了管状Al2O3、棒状ZnAl2O4纳米湿敏材料的湿敏性能,为更深入广泛地研究其他一维纳米材料的敏感特性提供了实验和理论基础,同时,为改善湿敏传感器的性能提供了新的途径。相信这两种材料在湿度传感器上具有实际应用。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-16
  1.1 概述  9-10
  1.2 湿度和湿度的表示方法  10-11
    1.2.1 绝对湿度  10
    1.2.2 相对湿度  10
    1.2.3 露点温度  10-11
  1.3 测量和控制湿度的重要性  11
  1.4 湿度传感器分类  11-12
  1.5 基于不同形貌纳米材料及介孔材料传感器的研究进展  12-15
  1.6 本课题研究意义及内容  15-16
第二章 原料与测试方法  16-23
  2.1 主要原料与试剂  16
  2.2 主要设备  16-17
  2.3 湿度发生装置  17-18
  2.4 湿敏元件的特征参数  18-19
    2.4.1 湿度量程  18
    2.4.2 感湿特性  18-19
    2.4.3 灵敏度  19
    2.4.4 线性度  19
    2.4.5 湿滞回线和湿滞  19
    2.4.6 响应-恢复时间  19
    2.4.7 稳定性  19
  2.5 仪器分析测试  19-21
  2.6 测试指标及方法  21-22
    2.6.1 感湿特性曲线  21
    2.6.2 湿滞回线(湿滞)  21
    2.6.3 容抗特性曲线  21
    2.6.4 响应-恢复曲线(响应-恢复时间)  21
    2.6.5 稳定性  21
    2.6.6 复阻抗曲线  21-22
  2.7 本章小结  22-23
第三章 无定形氧化铝纳米管湿敏元件的湿敏性能研究  23-36
  3.1 引言  23
  3.2 湿敏材料及元件的制备  23-24
    3.2.1 纳米Al_2O_3管的制备  23-24
    3.2.2 Al_2O_3湿敏元件的制备  24
  3.3 材料表征  24
  3.4 实验结果与讨论  24-34
    3.4.1 XRD分析  24-25
    3.4.2 TGA/DSC同步热分析  25-26
    3.4.3 SEM分析  26-27
    3.4.4 Al_2O_3湿敏元件的湿敏性能分析  27-32
    3.4.5 交流阻抗谱的测试与分析  32-34
  3.5 本章小结  34-36
第四章 多孔铝酸锌纳米棒湿敏元件的湿敏性能研究  36-48
  4.1 引言  36
  4.2 湿敏材料及元件的制备  36-37
    4.2.1 纳米ZnAl_2O_4棒的制备  36-37
    4.2.2 ZnAl_2O_4湿敏元件的制备  37
  4.3 材料表征  37
  4.4 实验结果与讨论  37-46
    4.4.1 XRD分析  37-38
    4.4.2 SEM分析  38-39
    4.4.3 材料湿敏性能分析  39-43
    4.4.4 交流阻抗谱的测试与分析  43-46
  4.5 本章小结  46-48
第五章 总结和展望  48-50
  5.1 总结  48-49
  5.2 展望  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-55
攻读学位期间研究成果  55

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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