靜電紡絲制備半導(dǎo)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(xué)號：2015511007密級：公開吉林大學(xué)博士學(xué)位論文靜電紡絲制備半導(dǎo)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(xué)研究方向：先進(jìn)功能材料及傳感器件指導(dǎo)教師：宋宏偉教授培養(yǎng)單位：電子科學(xué)與工程學(xué)院2018年6月靜電紡絲制備半導(dǎo)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(xué)研究方向：先進(jìn)功能材料及傳感器件指導(dǎo)教師：宋宏偉教授學(xué)位類別：工學(xué)博士培養(yǎng)單位：電子科學(xué)與工程學(xué)院論文答辯日期：2018年06月02日授予學(xué)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(xué)主席張洪杰院士中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所盲審專家正高級電子科技大學(xué)委員林君研究員中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所盲審專家正高級西安交通大學(xué)劉冰冰教授吉林大學(xué)秦偉平教授吉林大學(xué)崔海寧教授

3、吉林大學(xué)劉大力教授吉林大學(xué)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(jìn)行任何形式的復(fù)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(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)博士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)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(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意

4、識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日《中國優(yōu)秀博碩士學(xué)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(xué)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(xué)位論文委托研究生院向中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社的《中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》投稿，希望《中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》給予出版，并同意在《中國博碩士學(xué)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(xué)科專業(yè)：物理電子學(xué)論文題目：靜電紡絲制備半導(dǎo)體氧化物納米纖維及其氣敏特性研究作者簽名

5、：指導(dǎo)教師簽名：年月日作者聯(lián)系地址（郵編）：吉林省長春市前進(jìn)大街2699號，吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院(130012)作者聯(lián)系電話：1315435484613756852485摘要靜電紡絲制備半導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)體氧化物納米材料因其獨特的電學(xué)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(dǎo)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(yīng)用到了很多重要的方面。其中，氣體傳感器是目前應(yīng)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(jìn)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)用，并且成功應(yīng)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(dǎo)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(fù)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(hù)。隨后對所制備的材料進(jìn)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(dá)到23pp

8、b，遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)（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