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文档简介
生物质衍生多孔氧化锌的构筑及三乙胺气敏性能优化摘要随着工业的迅猛发展,以大气污染为主要特征的环境问题越来越严重。要实现对空气污染损害的有效控制,那么快速及时的检测不可或缺,而研发能够快速精准检测的气体传感器成为重要的解决途径。三乙胺作为工业生产中的常用化学品,是造成空气污染的重要因素之一,人体长期吸入三乙胺会对健康造成严重危害。目前虽已有三乙胺传感器问世,但受限于制造成本等方面的不足,在实际检测中的应用受到较大限制。因此,本文以白千层树皮为模板,成功制备出具有多级多孔微管状结构的ZnO纳米材料,并对其进行了表征及相关性能检测。检测结果表明基于该材料的传感器针对ppm级三乙胺的检测具备良好的选择性等气敏性能优势。
AbstractWiththerapidadvancementofindustrialization,environmentalissuesdominatedbyairpollutionhavebecomeincreasinglysevere.Toeffectivelycontrolthedamagecausedbyairpollution,promptandtimelydetectionisindispensable—anddevelopinggassensorscapableoffastandprecisedetectionhasemergedasacrucialsolution.Asacommonlyusedchemicalinindustrialproduction,triethylamineisasignificantcontributortoairpollution.ProlongedinhalationoftriethylaminebyKeywords:ZnO;triethylamine;gassensor;gassensitivity 目录摘要 图3-7所示,在不同的相对湿度下,该仪器的响应值全部小于1.2,这显示出该仪器在170℃的温度下具有优异的抗湿性。图3-SEQ图3-\*ARABIC7ZnO气体传感器的抗湿性
结论本文以白千层树皮作为天然的“模具”,采用硝酸锌为原料,经过了室温下的“沐浴”即浸渍和空气下的“淬火历练”即煅烧从而精心制备出了生物质衍生多孔氧化锌纳米材料,这种材料凭借独特的多孔微管状结构就像是为目标气体量身定制了一套高效的“通行系统”,不仅大大加快了目标气体在气敏材料中的扩散脚步,还让吸附与脱附过程更加畅通无阻。值得一提的是,还对该材料进行了细致入微的物相和微观结构分析,只为揭开该材料的传感器对三乙胺气体敏感性能的神秘面纱。在气敏测试系统的验证下,170℃时,该传感器对于100ppm目标气体展示出了24.85的灵敏度;其拥有较宽的线性响应范围,对5-200ppm三乙胺气体表现出了0.9995的优良的线性关系;在20天的测试周期中,该仪器对100ppm三乙胺气体的响应并未出现较大波动,响应值只出现了降低率为4.1%的轻度下滑,证实了该仪器对该气体的检测拥有可以值得信赖的长期稳定性;在170℃的温度下测量它对不同湿度的响应,可以看出在不同的相对湿度下,它的响应值均小于1.2,表明该仪器在温度为170℃的条件下仍然具有优异的抗湿性,这些实验数据表明了该仪器的优良性能可以为其在日后实际工作中提供可靠的保障。未来研究可从三方面深化:由于工作温度较高导致实际使用性能还是多多少少受到限制,需要创新工艺从而降低工作时的最佳温度;优化制备工艺,通过调整模板类型、煅烧温度等参数,进一步调控材料孔隙率与结晶度,以提升性能;拓展检测范围,探索该多孔ZnO材料对其他挥发性有机化合物的响应机制,扩大其在环境监测等领域的适用性。我相信在不久的将来,通过更多科研人员的不懈努力必将使气体传感器的未来变得更加广阔且光明。
参考文献MirzaeiA,LeonardiSG,NeriG.Detectionofhazardousvolatileorganiccompounds(VOCs)bymetaloxidenanostructures-basedgassensors:Areview[J].CeramicsInternational,2016,42(14):15119-15141.张晗.气敏传感器的研究进展[J].建材与装饰,2018(05):136-137.JiangWH,WeiDG,ZhangSF,etal.ThefacilesynthesisofMoO3microsheetsandtheirexcellentgassensingperformancetowardtriethylamine:highselectivity,excellentstabilityandsuperiorrepeatability[J].NewJournalofChemistry,2018,42(18):15111-15120.ZhangYH,WangCN,GongFL,etal.Ultra-sensitivetriethylaminesensorsbasedonoxygenvacancy-enrichedZnO/SnO2micro-camellia[J].JournalofMaterialsChemistryC,2021,9:6078-6086.KitneySP,SajedinSM,RocherV,etal.Silicondiimidegelasanefficientstationaryphaseinthinlayerchromatographyforacid-sensitiveorganiccompounds[J].ChemicalCommunications,2017,53:11080-11082.JIHaocheng,ZENGWen,XUYangzhe,etal.Nanosheet-assembledHierarchicalWO3Flower-likeNanostructures:HydrothermalSynthesisandNH3-sensingProperties[J].MaterialsLetters.2019,250:155.Y.Li,Z.Tao,N.Luo,etal.Single-crystallineporousnanoplates-assembledZnOhierarchicalmicrostructurewithsuperiorTEAsensingproperties[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2019,290:607-615.Z.Shen,X.Zhang,R.Mi,etal.OnthehighresponsetowardsTEAofgassensorsbasedonAg-loaded3DporousZnOmicrospheres[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2018,270:492-499.Y.Bi,Y.Zhao,X.Meng,etal.SynthesisofAg-functionalizedα-Fe2O3nanocompositesforppb-leveltriethylaminedetection[J].JournalofAlloysandCompounds,2022,913:165264.Y.Jing,C.Yuhua,Y.Yupeng,etal.DesignandoptimizationofanintegratedMEMSgaschamberwithhightransmissivity[J].DigitalCommunicationsandNetworks,2021,7(1):82-91.S.M.Majhi,A.Mirzaei,H.W.Kim,etal.Recentadvancesinenergy-savingchemiresistivegassensors:Areview[J].NanoEnergy,2021,79:105369.卫颖娟.In2O3基半导体材料的制备及气体敏感性能研究[D];吉林大学,2020.孟晓宁.贵金属对ZnO基瓦斯传感器的增敏效应研究[D].河南理工大学,2020.S.Y.Jeong,J.S.Kim,J.H.Lee.RationalDesignofSemiconductor-BasedChemiresistorsandtheirLibrariesforNext-GenerationArtificialOlfaction[J].AdvancedMaterials,2020,32(51):e2002075.PANL,SUNSC,CHENY,etal.AdvancesinPiezo-PhototronicEffectEnhancedPhotocatalysisandPhotoelectrocatalysis[J].AdvEnergyMater,2020,10(15):2000214.AFSALM,CHENLJ.AnomalousadhesivesuperhydrophobicityonalignedZnOnanowirearraysgrownonalotusleaf[J].JMaterChem,2011,21(44):18061.SHENZ,ZHANGQ,YINC,etal.Facilesynthesisof3Dflower-likemesoporousCe-ZnOatroomtemperatureforthesunlight-drivenphotocatalyticdegradationsofRhBandphenol[J].JColloidInterfaceSci,2019,556:726-33.FATEMIH,KHODADADIAA,ANARAKIFIROOZA,etal.Apple-biomorphicsynthesisofporousZnOnanostructuresforglucosedirectelectrochemicalbiosensor[J].CurrApplPhys,2012,12(4):1033-8.NAHB,ZHANGXF,ZHANGM,etal.Afastresponse/recoveryppb-levelH2SgassensorbasedonporousCuO/ZnOheterostructuraltubuleviaconfinedeffectofabsorbentcotton[J].SensActuatorsB-Chem,2019,297:126816.VELEMPINIT,PRABAKARANE,PILLAYK.Recentdevelopmentsintheuseofmetaloxidesforphotocatalyticdegradationofpharmaceuticalpollutantsinwater-areview[J].MaterTodayChem,2021,19:100380.XIAOY,YUH,DONGXT.OrderedmesoporousCeO2/ZnOcompositewithphotodegradationconcomitantphotocatalytichydrogenproductionperformance[J].JSolidStateChem,2019,278:120893.KALPANAVN,RAJESWARIVD.AReviewonGreenSynthesis,BiomedicalApplications,andToxicityStudiesofZnONPs[J].BioinorgChemAppl,2018,2018:12.ALBURIAHIAK,ALGHEETHIAA,SENTHILKUMARP,etal.EliminationofrhodamineBfromtextilewastewaterusingnanoparticlephotocatalysts:Areviewforsustainableapproaches[J].Chemosphere,2022,287(Pt2):132162.ABARNAB,PREETHIT,KARUNANITHIA,etal.Influenceofjutetemplateonthesurface,opticalandphotocatalyticpropertiesofsol-gelderivedmesoporouszincoxide[J].MaterSciSemicondProcess,2016,56:243-50.ZHAOMG,LIZL,HANZQ,etal.SynthesisofmesoporousmultiwallZnOnanotubesbyreplicatingsilkandapplicatio
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