本文關鍵詞：基于溶膠—凝膠法對摻雜納米氧化鐵氣敏性能的研究

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【摘要】：隨著工業的不斷發展,工業排放的硫化氫氣體對人們的生活產生了較為嚴重的危害,所以,對硫化氫氣體的檢測至關重要。對于有毒害氣體的檢測,半導體氣體傳感器發揮重大作用,因而氣敏材料的創新研究是近些年的科研重點。針對硫化氫氣體研發出一種具有高選擇性、高穩定性、高靈敏度和低成本的氣敏材料具有重要的實際意義。因而,本文研究的氣敏材料是基于檢測硫化氫氣體的α-Fe_2O_3薄膜材料。首先,利用溶膠-凝膠法制備了無摻雜溶膠和Ni摻雜分別為2.5at.%、3.5at.%、4.5at.%的溶膠,利用旋涂法將溶膠旋涂在叉指電極上,其中,叉指電極是基于微電子技術完成制作的。在高溫下退火,制備出不同的α-Fe_2O_3薄膜材料的氣敏元件,之后,對這些薄膜材料的氣敏性能進行了測試。通過對無摻雜α-Fe_2O_3薄膜材料和不同Ni摻雜α-Fe_2O_3薄膜材料的氣敏特性分析,我們得出不同Ni摻雜的α-Fe_2O_3薄膜的最佳工作溫度為300℃,無摻雜的α-Fe_2O_3薄膜的最佳工作溫度為325℃;Ni摻雜量3.5at%的α-Fe_2O_3薄膜對硫化氫的靈敏度明顯高于其他薄膜樣品,由于摻雜了Ni元素,α-Fe_2O_3薄膜對硫化氫氣體有著很高的選擇性,對其它氣體靈敏度不高,Ni摻雜量3.5at%的α-Fe_2O_3薄膜對硫化氫氣體的響應時間和恢復時間分別為8s和12s,并且有較好穩定性和重復性。通過氣敏測試分析,溶膠-凝膠法制備的Ni摻雜α-Fe_2O_3薄膜對硫化氫氣體有著較好的氣敏特性。
【關鍵詞】：α-Fe_2O_3 納米氧化鐵 溶膠-凝膠法 氣敏性能
【學位授予單位】：黑龍江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB381
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 課題研究背景及研究目的意義8-9
• 1.2 納米氧化鐵概述9-13
• 1.2.1 氧化鐵基本性質9-11
• 1.2.2 納米氧化鐵的應用11-13
• 1.3 氣體傳感器13-14
• 1.3.1 氣體傳感器概述13
• 1.3.2 金屬氧化物半導體氣體傳感器13-14
• 1.4 α-Fe_2O_3基氣敏傳感器國內外研究進展14-16
• 1.4.1 α-Fe_2O_3基氣敏傳感器國內研究進展14-15
• 1.4.2 α-Fe_2O_3基氣敏傳感器國外研究進展15-16
• 1.5 論文主要內容16-17
• 1.6 本章小結17-18
• 第2章 納米α-Fe_2O_3薄膜的制備及表征18-30
• 2.1 溶膠-凝膠法18-19
• 2.2 實驗藥品和實驗儀器19-20
• 2.2.1 實驗藥品19-20
• 2.2.2 主要儀器20
• 2.3 納米α-Fe_2O_3薄膜的制備過程20-25
• 2.3.1 基片預處理20-22
• 2.3.2 膠體的制備22-23
• 2.3.3 薄膜的退火工藝23-24
• 2.3.4 實驗工藝對α-Fe_2O_3薄膜影響24-25
• 2.4 納米α-Fe_2O_3薄膜的表征25-29
• 2.4.1 X射線衍射分析(XRD)25-26
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡分析(SEM)26-28
• 2.4.3 比表面積測試(BET)28-29
• 2.5 本章小結29-30
• 第3章 Ni摻雜納米α-Fe_2O_3薄膜的制備及表征30-36
• 3.1 主要試劑和儀器30-31
• 3.1.1 主要試劑30
• 3.1.2 主要儀器30-31
• 3.2 Ni摻雜納米α-Fe_2O_3薄膜的制備過程31
• 3.3 Ni摻雜納米α-Fe_2O_3薄膜的表征31-35
• 3.3.1 X射線衍射分析(XRD)31-32
• 3.3.2 掃描電子顯微鏡分析(SEM)32-35
• 3.3.3 比表面積測試(BET)35
• 3.4 本章小結35-36
• 第4章 α-Fe_2O_3材料氣敏機理與氣敏元件制作36-45
• 4.1 α-Fe_2O_3材料氣敏機理36-39
• 4.2 摻雜對α-Fe_2O_3氣敏材料的影響39-40
• 4.3 α-Fe_2O_3傳感器設計與制備40-44
• 4.3.1 α-Fe_2O_3傳感器芯片設計40-41
• 4.3.2 叉指電極的設計41-42
• 4.3.3 傳感器芯片制作工藝流程42-44
• 4.4 本章小結44-45
• 第5章 α-Fe_2O_3氣敏材料性能測試與分析45-57
• 5.1 氣敏測試系統45-46
• 5.2 氣敏元件主要測試參數46-47
• 5.2.1 元件電阻46
• 5.2.2 靈敏度46
• 5.2.3 選擇性46-47
• 5.2.4 響應和恢復時間47
• 5.2.5 最佳工作溫度47
• 5.2.6 穩定性47
• 5.3 α-Fe_2O_3材料對硫化氫氣敏性能測試47-55
• 5.3.1 退火溫度對納米α-Fe_2O_3氣敏性能影響47-48
• 5.3.2 Ni摻雜α-Fe_2O_3對硫化氫靈敏度測試48-49
• 5.3.3 Ni摻雜α-Fe_2O_3薄膜最佳工作溫度測試49-50
• 5.3.4 Ni摻雜α-Fe_2O_3薄膜選擇性測試50-53
• 5.3.5 Ni摻雜α-Fe_2O_3薄膜響應和恢復時間測試53-54
• 5.3.6 Ni摻雜α-Fe_2O_3薄膜穩定性測試54-55
• 5.4 本章小結55-57
• 結論57-59
• 參考文獻59-66
• 致謝66-67

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