（化学工程与技术专业论文）氧化钛系材料的合成及在传感器中的应用.pdf

b e i j i n gu n i v e r s i 锣o f c h e m i c a l t e c h n o l o g y d i s s e r t a t i o nf o rm a s t e r d e g r e e t i t l e ：助丛逃塑虹刚亟蛔q 巡型垒随曼堕也坐! = 地 s p e c i a l i 够：继地业啦曼鲍g 幽墅血q ! q 旺 c a i l d i d a t e ：旦她 卜 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：旦垒 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论 文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单 位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公 布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名：塾 导师签名：二净芈 日期：垒丝! 鲨。 芝 日期：2 1 z z ：z 垒 学位论文数据集 中图分类号 易 学科分类号 蜘以 论文编号 l o o f o a f 叼s 密 级 公开 学位授予单位代码 1 0 0 1o 学位授予单位名称 北京化工大学 作者姓名 丁燕 学 号2 0 0 8 0 0 1 0 9 6 获学位专业名称 化学工程与技术 获学位专业代码0 8 1 7 0 4 课题来源 国家自然科学基金 研究方向 无机功能材料 论文题目 氧化钛系材料的合成及在传感器中的应用 关键词 氧化钛系材料，钛酸锂一二氧化钛花状材料，层状钛酸铯，湿度传感 器，铅离子检测 论文答辩日期 2 0 1 1 年5 月1 7 日 论文类型 基础研究 学位论文评闭及答辩委员会情况 姓名职称 工作单位 学科专长 指导教师杨文胜 教授北京化工大学 应用化学 评阅入1 张法智 教授 北京化工大学 应用化学 评阅人2 陈旭 副教授 北京化工大学 电化学 评阅入3 评阅人4 评阅人5 椭员蝴李峰 教授 北京化工大学 化学 答辩委员l 卫敏教授 北京化工大学 化学 答辩委员2 王连荚 副教授北京化工大学 化学 答辩委员3陆军 教授北京化工大学 化学 答辩委员4徐庆红 副教授北京化工大学 化学 答辩委员5 雷晓东副教授 北京化工大学 化学 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代。码中查 询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 北京化工大学硕士研究生学位论文 氧化钛系材料的合成及在传感器中的应用 摘要 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监 视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状 态，没有优良的传感器，现代生产生活就失去了基础，开发具有优良 性能的传感器具有非常重要的意义。 本论文以氧化钛系材料为研究对象，主要研究了花状结构的钛酸 锂二氧化钛复合材料和层状钛酸铯两类材料，分别应用在湿度检测 和铅离子检测中。 ( 1 ) 采用水热方法，通过改变实验条件，合成了不同组成和不 同形貌的钛酸锂二氧化钛复合材料。采用x 射线衍射分析( x 】m ) ， 扫描电镜( s e m ) 对其进行了分析表征。将上述几种材料分别滴涂到 氧化铝陶瓷管上，经老化后构成湿敏传感器。研究表明，钛酸锂摩尔 分数为4 4 ，且复合材料形貌为三维花状结构时，其电阻值在1 1 i m 9 5 i m 之间会有三个数量级以上变化( 灵敏度s l o o o ) ，且 具有较短的响应恢复时间。 ( 2 ) 采用高温固相法制备了层状钛酸铯材料，并用x 1 m 、s e m 、 电子能谱分析( e d s ) 、激光粒度分析等方法对其进行了分析表征。 层状钛酸铯修饰泡沫镍电极实现了对水中重金属离子铅的测定，且具 有检测范围宽、灵敏度高的特点。 北京化工大学硕士研究生学位论文 关键词：氧化钛系材料，花状钛酸锂二氧化钛复合材料，层状钛酸 铯，湿度传感器，铅离子检测 l i 北京化下大学硕士研究生学位论文 s y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o no ft i t a n i ab a s e dm a t e r i a i s a b s t r a c t w eu s ev 撕o u ss e n s o r st om o n i t o ra n dc o n t r o lt h ep r o d u c t i o n p r o c e s s ，e s p e c i a l l yi nt h em o d e m a l l t o m a t e dp r o d u c t i o np r o c e s s ，i tc a nb e s a i dt h a tw i m o u tg o o ds e n s o r s ，m o d e mp r o d u c t i o na n dl i v i n gw i l ll o s tt h e b a s e m e n tt od e v e l 叩i ti sv e 巧i m p o r r c a n tt od e v e l o ps e n s o r sw i t l lg o o d p e r f o m a n c e i nt h i st h e s i s ，t i t a n i ab a s e dm a t e r i a l sw e r es t u d i e d ，m em a i nr e s e a r c h c o n c e m e dl o w e r _ l i k el i t h i u mt i t a n a t e t i t a n i 啪d i o x i d e ( l t ) c o m p o s i t e m a t e r i a l sa n dl a y e r e dc e s i u mt i t a n a t e ( l c t ) t h e yw e r eu s e dt oh u m i d i t y d e t e c t i o na n dd e t e c tl e a di o ni i lw a t e rr e s p e c t i v e l y ( 1 ) f l o w e r - l i k el i t h i u mt i t a l l a t e t i t a n i u md i o x i d ec o m p o s i t e m a t e r i a l sw e r ep r e p a r e db yh y d r o t h e m a lm e t h o d l i t l l i u mt i t a l l a t e t i t a n i u md i o x i d ec o m p o s i t em a t e r i a l sw i t l ld i f f e r e n tc o m p o s i t i o na n d d i f f e r e n tm i c r o s 觚j c t u r ew e r e s y n t h e s i z e d v i ac h a n g i n ge x p e r i m e n t c o n d i t i o n s w eu s e dx i 之da n ds e mt 0c h g u r a c t e r i s t i cn o w e r - l i k el i t h j 啪 t i t a n a t e - t i t 肌i u md i o x i d ec o m p o s i t em a t e r i a l s d i f f e r e n tm a t e r i a l s m e n t i o n e d 、e r eu s e dt oc o n s t r u c th u m i d i t ys e n s o r sb yd i p c o a t i n g t h e r e s u l t ss h o w e dm a t 、v h e nm el i t h i u mt i t a n a t e sc o n t e n tw a so 4 4a n di t s m i c r o s t m c t u r e 、阮s3 dn o w e r 1 i k e ，i tc o u l da c h i e v e 廿1 eb e s th u m i d i t y s e n s i t i v 毋a n dt h ei m p e n d e n c ew o u l dc h a n g et h r e eo r d e r s 、池i l em er h i i i c h a n g e s 仔o m1 1 t o9 5 t h ep r e p a r a e d s e n s o rh a da d v a n t a g eo fr a p i d r e s p o n s ea n dr e c o v e 巧t i m e ( 2 ) l a y e r e dc e s i 啪t i t a n a t ew a sp r e p a r e db yh i 曲t e m p e r a t u r es o l i d m e t h o d w eu s e d ，s e m ，e d sa n dl a s e rp a n i c l es i z ea 1 1 a l y s i st o c h 2 l r a c t e r i s t i cl a y e r e dc e s i u mt i 伽a t e l a y e r e dc e s i u mt i 协a t e w a s m o d i f i e do n t oan i c k e lf o a me l e c 仃o d et 0d e t e c t l e a di i lw a t e r t h e p e r f b m l a n c e o ft h el a y e r e dc e s i u mt i t a n a t em o d i f i e d e l e c t r o d ew 嬲 i n v e s t i g a t e d 锄dt l l em e c h a l l i s mo f d e t e c t i o no fl e a di o n sw a ss u p p o s e d t h es e n s o rh a sa d v a n _ t a g e so faw i d el i n e a rm g e a n dah i 曲s e n s i t i v i t ) r k e yw o r d s ：t i t a n i ab a s e dm a t e r i a l s ，f l o w e r - l i k el i t h i u mt i t a n a t e - t i t a i l i 啪d i o x i d ec o m p o s i t e 1 a y e r e dc e s i u mt i t a n a t e ，h u m i d i 够s e n s o r l e a di o nd e t e c t i o n 、 - 一 北京化工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论“ 目录 1 1 1 二氧化钛材料概述1 1 1 1 二氧化钛的结构1 1 1 2 二氧化钛的性质2 1 1 3 二氧化钛的应用2 1 2 钛酸盐材料概述4 1 2 1 钛酸盐材料的结构4 1 2 2 钛酸盐材料的性质5 1 2 3 钛酸盐材料的应用5 1 3 二氧化钛材料在湿度传感器中的应用6 1 3 1t i 0 2 与金属氧化物复合8 1 3 2 不同形貌的t i 0 2 湿敏材料l o 1 3 3t i 0 2 材料与有机聚合物的复合“1 1 1 4 吸附材料在重金属检测中的应用1 3 1 4 1 吸附材料概述”13 。1 4 2 钛酸盐在重金属吸附处理中的应用1 4 1 4 3 吸附材料在重金属检测中的应用”1 4 1 5 论文的选题意义及研究的主要内容1 6 1 5 1 论文的选题意义l6 1 5 2 论文主要研究内容“1 6 第二章实验部分1 7 2 1 实验试剂l7 2 2 实验仪器18 北京化工大学硕士研究生学位论文 3 1 花状钛酸锂二氧化钛( l t ) 复合材料的合成2 0 3 2 钛酸锂二氧化钛的结构和形貌分析2 0 3 2 1 钛酸锂二氧化钛的x r d 表征”2 0 3 2 2l t 的形貌表征2 1 3 3 材料的湿敏性能测试2 2 3 3 1 老化条件的优化2 4 3 3 2 组成对湿敏性能的影响2 5 3 3 3 形貌对湿敏性能的影响”2 8 3 4 湿敏特性的研究3 l 3 4 1 感湿特性曲线”3 1 3 4 2 材料的响应恢复时间3 2 3 4 3 湿滞特性3 3 3 4 4 湿度温度系数3 4 3 4 5 长期稳定性3 5 3 5 感湿机理的研究3 6 3 6 本章小结“3 6 第四章层状钛酸盐的合成及在铅离子检测中的应用 3 7 4 1 层状钛酸铯的制备3 7 4 2l c t 的结构和形貌表征3 7 4 2 1l c t 的x i 的分析3 7 4 2 2l c t 的形貌分析3 8 4 2 3l c t 的粒度分析“3 8 4 3 对重金属离子的吸附实验研究3 9 4 4 层状钛酸铯作为修饰材料对铅离子检测研究4 0 4 4 1 对铅离子的检测4 1 4 4 2 速控步骤的研究4 2 4 4 3 测试条件的优化一4 3 4 4 4 检测的线性范围4 6 4 4 5 灵敏度和最低检测限4 8 4 4 6 电极的重复使用4 8 4 4 7 不同电极间的平行性4 8 4 4 8 干扰实验4 9 4 5 检测机理的研究5 0 4 6 本章小结5 2 v i 北京化工大学硕士研究生学位论文 第五章结论与展望 5 3 5 1 结论5 3 5 2 论文的创新点5 3 5 3 展望5 3 参考文献 研究成果及发表的学术论文 致谢 作者及导师介绍 v i i 5 5 5 8 5 9 6 0 北京化工大学硕士研究生学位论文 c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n c o n t e n t s 1 1o v e r v i e wo f t i t a i l i 啪d i o x i d e l 1 1 1s t l l j c t u r eo f t i t a i l i u md i o x i d e l 1 1 2p r o p e r i t i e so f t i t a i l i 啪d i o x i d e 2 1 1 3a p p l i c a t i o no f t i t a l l i 啪d i o x i d e “2 1 2o v e r v i e wo f t i 切n a t e s 4 1 1 1s t r u c t l 肛eo f t i t a n a t e s 4 1 1 2p r o p e r i t i e so f t i t a i la _ t e s 5 1 1 3a p p l i c a t i o no ft i t a n a t e s 5 1 3a p p l i c a t i o ni nh 啪i d i t ys e n s o r so f t i t a i l i 啪d i o x i d e 6 1 3 1t i t a n i u md i o x i d ec o m p o s i t ew 池m e t a lo ) 【i d e 8 1 3 2t i t a n i u md i o x i d ew i md i 伍：r e n ts t l l 1 c t u r e 10 1 3 3t i 伽_ l i u md i o x i d ec o m p o s 硷、i lo 玛a l l i cp o l y m e r ”1 1 1 4a p p l i c a t i o ni nh e a v ym e t a li o n so fa b s o p o nm a t e r i a l s 13 1 4 1o v e r v i e wo f a b s o p o r tm a t e r i a j s 1 3 1 4 2a p p l i c a t i o ni 1 1h e a v ym e t a la b s o r to f t i t a l l a t e 1 3 1 4 3a p p l i c a t i o ni nh e a v ym e t a li o l l sd 矾e c t i o no f a b s o p o r tm a t e r i a l s 1 4 1 5s i 擘面f i c a n c ea 1 1 dm a i nr e s e a r c hc o n t e n t so fd i s s e r a t i o n 1 6 1 5 1s i 嘶f i c a n c eo f d i s s s e r t a t i o ns e l e c t i o n ”1 6 1 5 2m a i nr i e s e a i c hc o n t e n _ t so f d i s s e l l a t i o n 1 6 c h a p t e r 2e x p e r i m e n t a ls e g m e n t 1 7 2 1r e a 阻l e t s 17 2 2h l s 们l m e n t s 一18 2 3c h a r a c t e r i z a t i o nm e t h o d s l8 2 3 1x - 瑚l yd i f h a c t i o n ( x r d ) 1 8 2 3 2f i e l de m i s s i o ns c 锄峨e l e c 臼m cm i c r o s c o p y ( f e s e m )1 8 2 3 3i n d u c t i v e l yc o u p l e dp l a s m as t o me i i l i s s i o ns p e c 们s c o p y ( i c p o e s ) ”18 2 3 4p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n sa n a l y s e 1 9 2 3 5c o l l s 伽j c t i o no f t l l r e e e l e c 们d es y s t e m 1 9 2 3 6h u m i d 毋s e i l s i n gp e 响m a i l c et e s t 1 9 c h a p t e r 3p r e p a r a t i o no fn o w e r - l i k el - tc o m p o s i t ea n di t sh u m i d i 锣 v l i i 北京化工大学硕士研究生学位论文 s e n s i n gp r o p e r i t i e s 2 0 3 1p r e p a r a t i o no f l - t ”2 0 3 2s t n l c t u r e 觚dm i c r o s t u c t u r ec h a r a c t e r i z a t i o nf o rl t 2 l 3 2 1 己da i l a l y s i so f l t 2 l 3 2 2s e m a i l a l y s i so f l t ”2 1 3 3 r e s tc o n d i t i o n s 2 2 3 3 1o p t i m i z a t i o no f m ea n e a l l i n gc o n d i t i o n s ”2 4 3 3 2e 妇f e c to f c o h l p o s i t i o n 2 5 3 3 3e 丘e c to f m i c i 0 s t r u c t i l r e 2 8 3 4h u m i d i 够s e n s i n gc k u 铆r c t e r i s t i c s 31 3 4 1i i n p e n d a n c ev s r e l a t i i v eh 啪i d i 坶31 3 4 2r e s p o n s ea 1 1 dr e c o v e 叮t i i l l e 3 2 3 4 3h v s t e r l e s i s 3 3 3 4 4t i c i i 】l d e r a t u r ee 丘b c t - 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a c k n o w l e a g e m e n t 5 5 5 8 5 9 x j 1 1 二氧化钛材料概述 第一章绪论 二氧化钛即人们所熟知的钛白粉，是钛系最主要的产品之一，具有优越的光 催化，介电效应，光致变色及湿敏气敏性能，被广泛应用于传感器，涂料，化妆 品，介电材料，抗菌剂，污水处理等各个领域。二氧化钛具有板钛矿，金红石和 板钛矿三种相结构，其中锐钛矿相具有良好的化学活性，在可见光部分反射率较 高，催化活性高。相比于锐钛矿，金红石相在许多重要的物理性质上，如对紫外 光吸收能力，硬度，介电常数，折射率等方面优于锐钛矿。 1 1 1 二氧化钛的结构 二氧化钛有三种不同的晶体结构，其结构基本单元示意图如图1 1 所示，这 些结构的共同之处在于，其组成结构的基本单位都是t i 0 6 八面体；这些结构的 不同之处在于：是由t i 0 6 八面体通过公用顶点还是由共边组成骨架，即二氧化 钛晶胞的结构取决于t i 0 6 八面体是如何连接的。可以这样认为，锐钛矿是一种 四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构。金红石，锐钛 矿和板钛矿的基本结构单元列于图1 1 中，组成金红石的t i 0 6 八面体是沿对角 线方向拉长的八面体。 a 金红石b 锐钛矿 o l i c c 板钛矿 图1 1 金红石，锐钛矿和板钛矿的t t 0 6 八面体结构 f i g 1 1t i 0 60 c t a h e d r a lo f m t i l e ，觚a l t a s e 孤db 瑚k i t e 从表1 1 中的数据中可以看出，锐钛矿中的n o 键距离比其他两相中的短 一些，而金红石和板钛矿的密度稍高于锐钛矿。 表卜1 三种t i 0 2 晶体结构的原子间键长和密度 1 a b l e1 - 1d e n s i t y 锄db o n di e n 垂hb 嘶v e e na t o m so f t h r e ek i n d so ft i 0 2c 叫s t a l 蚰n l c n l 他 晶体结构金红石锐钛矿板钛矿 t 卜旬1 1 9 8 8 1 9 4 6 1 8 7 啊_ 0 2 1 9 8 8 1 9 4 6 2 0 4 西0 3 1 9 4 41 9 3 71 9 9 t j o j 1 9 4 4 1 9 3 7 1 9 4 键长a t i 0 5 1 9 4 41 9 3 71 9 2 t i 0 6 1 9 4 41 9 3 72 0 0 平均键长a 1 9 61 9 4 61 9 5 9 密度( g c m 3 ) 4 2 63 8 44 1 7 1 1 2 二氧化钛的性质 二氧化钛以其优良的性质，使其成为最有应用潜力的半导体材料之一。它具 有以下优异的性能： ( 1 ) 高稳定性。二氧化钛熔点高于1 8 0 0o c ，热分解温度在2 0 0 0o c 以上， 具有很高的热稳定性，化学稳定性，耐化学腐蚀性和非迁移性等。 ( 2 ) 无毒性。二氧化钛无毒无味，可用在化妆品和食品包装材料上。 ( 3 ) 自清洁性。二氧化钛具有亲水性和亲油性，将二氧化钛镀于玻璃或陶 瓷的表面，则镀层表面具有高度的自清洁效应，具有防污，防雾，易洗，易干等 特点，阳光中的紫外线能维持二氧化钛表面的亲水特性，从而使镀膜材料长时期 保持自清洁效应。 ( 4 ) 吸收紫外线能力。普通二氧化钛具有一定的吸收紫外线能力，超细二 氧化钛没有遮盖力，可透明可见光及散射波长更短的紫外线，常用于农用塑料薄 膜。 ( 5 ) 光催化性。二氧化钛利用自然光，在常温常压条件下即可催化分解细 菌和污染物，其中用于分解废水中有机物的报道最为常见。卤代烃，卤代芳烃等 有毒有机物在纳米二氧化钛光催化作用下，可逐步降解为二氧化碳，水等对环境 无害的无机物。 1 1 3 二氧化钛的应用 1 1 3 1 气敏性与传感器 二氧化钛基材料是一类重要的气敏材料。二氧化钛材料同样也是一类重要的 湿敏材料。二氧化钛具有感湿性能优良，结构稳定和来源广泛等的优点。由颗粒 小于1 0 0 衄的t i 0 2 颗粒组成，比表面积高达1 5 5m ? 儋。在不同氧气分压下的气 2 敏实验研究表明，纳米t i 0 2 膜对氧气的灵敏度提高了1 3 【1 1 。 1 1 3 2 光催化性 t i 0 2 光催化材料是当前最具有应用潜力的一种光催化剂。它具有如下优点 是：光照后不发生光腐蚀，耐酸碱性好，化学性质稳定，对生物无毒性，来源丰 富：产生光生电子和空穴的电势电位高，能隙较大；另外，t i 0 2 为白色粉末，可 根据实际需要将其制成白色或无色块体和薄膜。t i 0 2 对于破坏微观的细菌和气 味，氮的固化和对于清除油的污染都十分有效，还可对臭味进行控制。在处理多 种环境问题中，n 0 2 作为催化剂在以下几个方面已经得到广泛的应用。 分解污水中的有机物【2 叫工业污水和生活污水中含有大量的有机污染物， 尤其是工业污水中有大量的有毒有害物质。将f n 0 2 用作光催化剂，在光照下， 这些有机物会发生氧化一还原反应，逐步降解，最终完全氧化为环境友好的c 0 2 ， h 2 0 和无毒的无机物，从而使污水达到排放标准或用来改善水质。 处理重金属离子【5 j 以n 0 2 作为光催化剂，当重金属离子接触其表面时，能 够捕获表面的光生电子而发生还原反应，使高价金属离子降解。如有毒的重金属 离子c ，和h 矿+ 被降解为毒性较低或无毒的离子c r 3 + 和h 孑+ 减少其危害；p t 4 + 、 a u ”、尉1 3 + 、p d 2 + 在光催化剂表面捕捉光剩电子，发生再生还原成点，回收水溶 液中的贵金属离子。 ： 抗菌除臭【6 7 】当细菌吸附于由纳米氧化钛涂覆的光催化陶瓷表面时，n 0 2 纳 米颗粒与细胞的作用过程是羟基自由基( o h ) 能穿透细菌的细胞壁，破坏细胞 膜质，进入菌体，阻止成膜物质的传输，阻断其呼吸系统和电子传输系统。从而 有效地杀灭细菌并抑制了细菌分解有机物产生臭味物质，因此能净化空气，具有 除臭功能。研究还发现光催化灭菌作用可以在光照结束后一段时间里继续有效。 因此，含有t i 0 2 光催化剂的墙砖和地砖具有杀菌和消毒的功能，被广泛应用于 医院等公共场所【8 j 。 废气净化1 9 1 0 】利用t i 0 2 光催化氧化反应，可将汽车尾气中的n o x ，s o x 分 解无害化，对光催化降解油烟气，工业废气也有效果；还可用于去除室内汗臭， 香烟臭味，冰箱异味等。 将t i 0 2 用于光催化分解水，产生氢气和氧气，可提供无污染的，高效的， 无害的清洁能源【l 。 1 1 3 3 新型能源应用 利用纳米半导体优良的光电转化特性，可将t i 0 2 用于制作太阳能电池。从 g 黜虹z e l 【1 2 l 首次报道经染料敏化的纳米晶太阳能电池的优异光电转换特性以 来，围绕纳米晶太阳能电池的研究越来越热。因为纳米晶太阳能电池的制备比较 简单，且具有较高的界面电荷转移效率，以太阳光作为辐射光源即可获得较高的 3 光电转换效率。 1 2 钛酸盐材料概述 钛酸盐产品有众多种类，按其组成进行分类可以分为碱土金属钛酸盐、稀土 金属钛酸盐、碱金属钛酸盐等，有着优异的物理、化学以及光学性能，在当今的 材料研究领域占有十分重要的地位。 1 2 1 钛酸盐的结构 1 2 1 2 钙钛矿结构 钙钛矿结构式以b 位或a 位阳离子为结点的立方晶体，其结构示意图如图 1 3 所示。从b 位氧离子的配位多面体角度考虑，钙钛矿结构是由b 0 3 八面体共 顶点组成的三维网络结构，a 阳离子填充于b 阳离子形成的十二面体空穴中。 4 1 2 2 钛酸盐的性能 图1 - 3 钙钛矿类结构示意图 f i g 1 3t h es c h e m a t i cd i a 舯mo f p e r o v s k i t e 1 2 2 1 光学性能 ( 1 ) 光催化性能层状钛酸盐大多具有半导体活性，在一定的条件下可以 实现光解水。 ( 2 ) 光致变色性一些具有高介电常数的钛酸盐，具有光致变色的性质。 1 2 2 2 电学性能 ( 1 ) 介电性大多数钛酸盐材料都属于绝缘体，但在外电场的作用下晶体内 部可出现电极化现象，因此具备介电性质。 ( 2 ) 压电性研究发现钛酸钡，钛酸铅和锆钛酸铅均具有较好的压电性能。 ( 3 ) 热释电性钛酸钡是最早发现有钛酸钡的钛酸盐材料，随后又发现钛酸 铅以及二元、三元改性的钛酸铅具有较好的热释性能。 1 2 2 3 化学性能 ( 1 ) 催化性能结构为钙钛矿的钛酸盐具有催化氧化的性能。 ( 2 ) 较好的耐热性能具有钙钛矿结构的钛酸盐的熔点都很好，耐热性较 好。 1 2 3 钛酸盐的应用 1 2 3 1 电学方面的应用 长期以来人们利用钛酸盐材料较好的存储电荷的能力来制备电容器。 1 2 3 2 环保方面的应用 将钛酸盐材料作为催化净化气态污染物的研究早有报道，钛酸盐作为光催化 剂在处理工业污染中也有所应用，对水中重金属离子的吸附处理也得到广泛应 用。 5 1 2 3 3 能源方面的应用 钛酸盐材料在光解水制氢和c o 水合制备低碳醇合成等方面有着广泛的应 用。 1 3 二氧化钛材料在湿度传感器中的应用 湿度传感器：湿度传感器是基于其功能材料能发生于湿度有关的物理或化学 反应的基础上制造的。随着工业等部门对产品质量的要求越来越高，也就越来越 需要对湿度进行严格监测及控制。如今，湿度的检测和控制技术已经获得广泛应 用，对湿度监测控制的需要促进了对湿度传感器的研究。 湿度传感器的分类 湿度传感器种类繁多，按照湿度传感器工作原理的不同进行分类，一般有： 1 伸缩式 这是使用历史较久的传感器，如最早出现的毛发湿度计。主要是根据测定材 料的在不同湿度时伸缩不同进行湿度测量，材料选用毛发，尼龙丝等。由于材料 的伸缩具有迟滞现象，且测量精度不高，因此，该种传感器仅在常温和常湿的环 境下具有实用价值。 2 蒸发式： 也称为干湿球湿度计，利用水分蒸发时必须向外界吸收热能这一效应研制而 成。方法是采用两个相同的温度传感器分别于被测湿度场和饱和湿度场中，当空 气中的相对湿度发生变化时，两个温度传感器就会出现差值，从而测定空气中的 相对湿度。这种传感器可以达到较高的精度，由于体积比较大，且没有误差补偿， 功率消耗较大，使得该类传感器在流动性大及微型化领域不能满足要求，一般用 作其他类型湿度传感器的调校标准。 3 露点式： 当以固体冷却至足以使周围水蒸气凝固时，固体上面的水蒸气开始结露。测 出此物体表面的温度，即露点温度。获得此量后，再加上温度和气压，就可以换 算为任何需要的湿度表示。 以上这些传统的湿度传感器大多采用经典的感湿原理，由于体积大，存在 机械部件与电子控制设备不兼容的不足，虽然在某些领域还有应用，但己不足以 满足现代科技发展，特别是湿度控制的需要。 4 电子式 利用材料的电特性与空气中湿度变化呈现一定的关系确定气体湿度。这类湿 度传感器特别适用于自动控制领域，主要有： 6 a 电阻式 利用吸湿性能较好的物质吸附水汽后电阻发生变化而制得，但由于电阻受温 度影响较大，固有的温度系数使其不能工作在很宽的温度范围内。 b 电容式 利用感湿材料吸水后介电常数发生变化而改变电容值。它与电阻型湿度计相 比有显著的优势：灵敏度高，功耗低，温漂小，其优良的性能受到了科学家们的 普遍关注。由于易于与c m o s 工艺相结合，便