论文总字数：20670字

摘 要

本文以过氧钼酸溶胶为钼源，利用水热法合成了三氧化钼纳米带，并用尿素进行了N掺杂。借助XRD、FESEM、EDS等形貌结构分析手段对掺杂前后纳米带的微观形貌做了对比，并利用静态测试法，测试了掺杂后三氧化钼对不同气体、不同温度的气敏性能，所得结果如下：

1. 以过氧钼酸溶胶为钼源制备三氧化钼纳米带并进行了N掺杂。制备的三氧化钼纳米带为正交相三氧化钼，其长度大于3.079 μm，平均宽度约为217 nm；掺杂后的为片状晶粒，平均直径约284 nm左右，厚度均值约96 nm。
2. 将掺杂后的三氧化钼制成旁热式气敏器件进行甲醇、甲苯、乙醇、丙酮、氨气气体气敏性能测试。结果表明，N掺杂后的三氧化钼在150-273 ℃下测试，对500 ppm的乙醇灵敏度在240 ℃时达到最高，同时做选择性对比发现，对乙醇的响应情况最好。

关键词：三氧化钼；N掺杂；纳米材料；气敏性能

Abstract

In this paper, molybdenum trioxide nanoribbons are synthesized by hydrothermal method using peroxy molybdate sol as molybdenum source and N doped with urea.By means of XRD,FESEM,EDS and other morphological and structural analysis methods,the microstructure of the nanoribbon before and after doping is compared,and the gas-sensitive properties of the doped molybdenum trioxide to different gases and temperatures are tested by static test method.The results are as follows:

1. Molybdenum trioxide nanoribbons are prepared from molybdenum peroxy molybdate sol and doped with N.The molybdenum trioxide nanoribbon prepared is a positive cross phase molybdenum trioxide with a length greater than 3.079 um and an average width of about 217 nm.The doped ones are flake grains with an average diameter of about 284 nm and a mean thickness of about 96 nm.
2. The gas sensitivity performance of methanol,toluene,ethanol,acetone and ammonia gas is tested by making side thermal gas sensor with molybdenum trioxide.The results show that the sensitivity of N doped molybdenum trioxide to 500 ppm ethanol reaches the highest at 240 ℃ when tested at 150 - 273 ℃,and the selective comparison shows that the response to ethanol is the best.

Key Words：Molybdenum trioxide;N doping Nanomaterials;Gas sensitive performance

目 录

摘 要 II

Abstract II

第1章 绪论 4

1.1 气敏传感器简介 4

1.1.1 气体传感器的性能指标 4

1.1.2 半导体传感器的气敏机理 6

1.2 MoO₃的结构、性质与制备方法 7

1.2.1 MoO₃的结构与性质 7

1.2.2 MoO₃的制备方法 7

1.3 MoO₃气敏材料的改性手段 8

1.4 乙醇气体传感器 9

1.5 本论文主要的研究意义和内容 10

第2章 N掺杂MoO_3-x纳米材料的制备及形貌表征 11

2.1 实验试剂及实验仪器 11

2.1.1 实验试剂 11

2.1.2 实验仪器 11

2.2 N掺杂MoO_3-x纳米材料的制备 12

2.2.1 纯MoO₃纳米带的制备 12

2.2.2 N掺杂MoO_3-x纳米材料的制备 12

2.3 N掺杂MoO_3-x纳米材料的结构表征手段 12

2.4 气敏性能测试 14

第3章 N掺杂MoO_3-x纳米材料的结构与气敏性能研究 16

3.1 N掺杂MoO_3-x纳米材料的结构表征 17

3.1.1 物相分析 17

3.1.2 形貌表征 17

3.2 N掺杂MoO_3-x纳米材料的气敏性能研究 18

3.3 本章小结 19

第4章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 21

致 谢 23

附录1 24

附录2 25

第1章 绪论

随着工业化程度与人们环保意识的不断提高，可持续发展、大气污染等名词出现在人们视野，人们对危险气体与环境的监测也被提上了台面，比如矿井对各种气体都有相应的浓度标准、家庭生活中的烟雾报警器和大气中各种成分的监测等，再加上在化工生产过程中产生的各种有毒、易燃、易爆的气体和液体，因此为了保证生产以及运输的安全性，显然需要对这些排放物加以跟踪或化学分析物的手段。在这个过程中，气敏传感器承担了信息转换的功能，更直接的呈现情况，是非常重要的一环。在实际生活中，气敏传感器应用于许多应用领域，包括有毒和可燃气体的检测，监测车辆和其他燃烧过程的排放，用于医学诊断的呼吸分析，以及化学品、食品和化妆品行业的质量控制，可以非常便利地为我们的生活保驾护航。

1.1 气敏传感器简介

气敏传感器的作用相当于我们具有灵敏的嗅觉，可以分辨出并定量的分析气氛中的某种特定气体信息，能够告诉我们目标气体的种类及浓度信息，将气体传感器放置在气氛中，可以实现监测周围环境气氛里特定气体变化的作用。因此是与外界联系的核心，与气体直接接触后会发生物理或化学作用，导致气敏传感器的某些参数发生变化，比如电阻、光学参数、质量等发生变化，即可以将待测气体的浓度和种类转化为电信号，方便测量和观察，是信息转换的桥梁。

1.1.1 气体传感器的性能指标

在实际应用中，气体传感器的工作条件往往比较恶劣，比如较大的温度变化就会影响气体传感器的工作表现，因此一般希望气体传感器能够拥有较大的适宜工作的温度范围，同时比如煤矿等工作现场，往往会伴随很多粉尘和其它腐蚀性物质在在空气中，它们与气敏材料接触后可能会发生一系列化学反应使材料本身的性能发生变化，这就需要材料本身拥有好的特异性稳定性，既保证对待测气体有强的响应，又能在其它杂质面前不动声色；亦或是物理层面的覆盖，使得气敏材料无法与外界接触或部分接触，降低了可用的表面积，因此往往也需要过滤，通过传感器的结构设计，只能使气体进入，使气敏材料只接待气体。因此好的气敏传感器需要有较好的抗腐蚀能力，能够在较差的工作条件下保持优异表现。因此，气体传感器要有一定的性能指标：

1、元件电阻

一般一个气敏材料要看重两个电阻，一个是固有阻值（R_a），它是指元件在洁净空气中、一定温度下测得的阻值；另一个是气氛阻值（R_g），是指将元件放入待测气体氛围下后，相同温度下，阻值发生变化而测得的阻值。通常固有阻值在10 K- 10 MΩ之间比较合适，过小不方便实际应用，过大则不易小型化。

2、灵敏度

灵敏度是指传感器的固有阻值与气氛阻值之比，一般为较大的为分子，较小的为分母，可以反映其对待测气体的阻值变化情况，响应特性，它主要依赖于气敏材料的性质和气敏器件的结构、制作工艺以及工作温度等有关。通常灵敏度越大越好，这样可以更明显的探测气体，如果太小，不仅检测不方便，也容易因为外界环境的变化而发生阻值波动，加大了误差。

3、选择性

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