靜電紡絲制備半導體氧化物納米纖維及其氣敏特性研究

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1、分類號：TP212單位代碼：10183研究生學號：2015511007密級：公開吉林大學博士學位論文靜電紡絲制備半導體氧化物納米纖維及其氣敏特性研究StudyonGasSensingPropertiesBasedonElectrospinningSemiconductorOxideNanofibers作者姓名：劉偉專業(yè)：物理電子學研究方向：先進功能材料及傳感器件指導教師：宋宏偉教授培養(yǎng)單位：電子科學與工程學院2018年6月靜電紡絲制備半導體氧化物納米纖維及其氣敏特性研究StudyonGasSensingPropertiesBasedo

2、nElectrospinningSemiconductorOxideNanofibers作者姓名：劉偉專業(yè)名稱：物理電子學研究方向：先進功能材料及傳感器件指導教師：宋宏偉教授學位類別：工學博士培養(yǎng)單位：電子科學與工程學院論文答辯日期：2018年06月02日授予學位日期：年月日論文評閱人：答辯委員會組成：姓名職稱工作單位姓名職稱工作單位盲審專家正高級廈門大學主席張洪杰院士中國科學院長春應用化學研究所盲審專家正高級電子科技大學委員林君研究員中國科學院長春應用化學研究所盲審專家正高級西安交通大學劉冰冰教授吉林大學秦偉平教授吉林大學崔海寧教授

3、吉林大學劉大力教授吉林大學未經(jīng)本論文作者的書面授權(quán)，依法收存和保管本論文書面版本、電子版本的任何單位和個人，均不得對本論文的全部或部分內(nèi)容進行任何形式的復制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學術(shù)性使用不在此限）。否則，應承擔侵權(quán)的法律責任。吉林大學博士學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交學位論文，是本人在指導教師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意

4、識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。學位論文作者簽名：日期：年月日《中國優(yōu)秀博碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫》投稿聲明研究生院：本人同意《中國優(yōu)秀博碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫》出版章程的內(nèi)容，愿意將本人的學位論文委托研究生院向中國學術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社的《中國優(yōu)秀博碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫》投稿，希望《中國優(yōu)秀博碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫》給予出版，并同意在《中國博碩士學位論文評價數(shù)據(jù)庫》和CNKI系列數(shù)據(jù)庫中使用，同意按章程規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。論文級別：□碩士■博士學科專業(yè)：物理電子學論文題目：靜電紡絲制備半導體氧化物納米纖維及其氣敏特性研究作者簽名

5、：指導教師簽名：年月日作者聯(lián)系地址（郵編）：吉林省長春市前進大街2699號，吉林大學電子科學與工程學院(130012)作者聯(lián)系電話：1315435484613756852485摘要靜電紡絲制備半導體氧化物納米纖維及其氣敏特性研究納米材料獨特的的物理性質(zhì)和潛在應用價值，激發(fā)了研究者們的熱情，使其在光譜、電池、生物以及傳感領(lǐng)域快速發(fā)展。其中一維半導體氧化物納米材料因其獨特的電學性質(zhì)和表面結(jié)構(gòu)，受到了很多研究人員的青睞。近年來，靜電紡絲作為一種簡單易操作的方法，已經(jīng)登上了制備一維半導體氧化物納米材料的頭等艙。它可以靈活的調(diào)控一維納米材料的形

6、貌、結(jié)構(gòu)、組成，并且不拘泥于此，還可以擴展到宏觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控，因此，將其應用到了很多重要的方面。其中，氣體傳感器是目前應用最多也是研究最熱的一個領(lǐng)域。盡管一維納米材料在氣體傳感的研究已經(jīng)取得一定的進展，但是在實用化方面仍舊存在很多不足。因此，本論文研究了一維半導體氧化物納米材料的物理性質(zhì)和表面結(jié)構(gòu)，設(shè)計了高氣敏性能的半導體氧化物納米結(jié)構(gòu)，探索了氣體傳感器在大氣污染氣體和早期疾病篩查等方面的應用，并且成功應用于實際污染氣體的檢測和臨床實驗，取得的成果如下：[1]利用靜電紡絲制備的聚苯乙烯（PS）納米線為模板，通過與鈦酸丁酯前驅(qū)體溶液的浸泡

7、以及后續(xù)的退火過程，得到了直徑在250-900nm范圍內(nèi)，壁厚在25-100nm范圍內(nèi)可調(diào)控的TiO2納米管，并且可以擴展到其他半導體氧化物納米管的制備中。利用ZIF-8的金屬有機框架結(jié)構(gòu)將Pt納米粒子均勻分散并且負載到TiO2納米管上，Pt粒子尺寸可以控制在3nm左右，并且周圍存在ZIF-8退火形成的ZnO保護。隨后對所制備的材料進行了形貌和結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明TiO2的結(jié)晶相是銳鈦礦相，并且表面具有很多的氧空位。我們系統(tǒng)研究了Pt@ZnO-TiO2納米管對甲苯的氣敏性能測試，發(fā)現(xiàn)靈敏度得到了大幅度的提高，并且檢測下限可以達到23pp

8、b，遠低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的安全標準（67ppb）。[2]利用工作[1]中的方法制備了WO3納米管，并且在此基礎(chǔ)上，改變了前驅(qū)體的組成成分，加入了硅酸乙酯以期在退火后形成SiO2，通過氫氟酸的刻蝕作用將其去掉，形成了多孔