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第1章 绪论1

1.1 概述1

1.2 气敏材料研究进展1

1.2.1 气敏传感器的主要分类1

1.2.2 主要发展方向3

1.3 纳米新型气敏材料的研究进展6

1.3.1 WO3基氢气气敏机理和稳定性的研究进展7

1.3.2 纳米SiC气敏特性的研究进展14

1.4 第一性原理计算的理论方法15

1.4.1 Born-Oppenheimer绝热近似-多体问题转化为多电子问题16

1.4.2 Hartree-Fock近似18

1.4.3 二次量子化19

1.4.4 密度泛函理论19

1.4.5 Kohn-Sham方程21

1.4.6 交换关联泛函24

1.5 研究背景和研究内容26

1.5.1 研究背景26

1.5.2 研究内容26

第2章 制备工艺和表征方法28

2.1 制备方法种类28

2.2 原材料31

2.3 制备31

2.3.1 WO3溶胶的制备31

2.3.2 SiO2溶胶的制备32

2.3.3 MoO3溶胶的制备33

2.3.4 复合溶胶的制备33

2.3.5 薄膜的制备33

2.3.6 钨酸晶体的制备34

2.4 主要测试装置和表征仪器34

2.4.1 气致变色测试装置34

2.4.2 薄膜的热处理35

2.4.3 主要测试仪器35

第3章 WO3基纳米材料氢气气敏动力学机理研究37

3.1 概述37

3.2 气致变色致褪色过程机理37

3.2.1 气致变色过程基本分析37

3.2.2 实验设计38

3.2.3 实验方法39

3.3 WO3薄膜致色过程研究39

3.3.1 WO3薄膜致褪色紫外可见分光光度计透射率测试39

3.3.2 二元薄膜致色过程研究40

3.3.3 真空褪色研究43

3.3.4 WO3薄膜致褪色过程中的结构变化44

3.3.5 第一性原理模拟50

3.4 WO3块体致色过程研究60

3.4.1 X-射线衍射测试61

3.4.2 热失重测试62

3.4.3 红外光谱测试63

3.4.4 X-射线光电子能谱64

3.4.5 第一性原理理论分析66

3.5 本章小结72

第4章 WO3基气敏材料气敏稳定性研究73

4.1 循环稳定性相关研究背景73

4.2 实验方法74

4.3 SiO2与WO3的复合结构特性74

4.3.1 SiO2的掺杂对WO3溶胶的影响75

4.3.2 WO3/SiO2复合薄膜的结构表征78

4.3.3 WO3/SiO2复合薄膜的致褪色循环特性83

4.3.4 不同SiO2含量对WO3循环稳定性的影响85

4.3.5 不同热处理温度对WO3/SiO2复合薄膜气致变色稳定性的影响89

4.3.6 保存时间对薄膜循环特性的影响91

4.3.7 不同催化剂制备的SiO2对WO3薄膜循环稳定性的影响92

4.4 WO3基H2气敏循环稳定性机理研究93

4.4.1 氢气循环过程中WO3的结构变化93

4.4.2 第一性原理分析94

4.4.3 溶胶凝胶形成以及循环过程中WO3结构变化99

4.5 本章小结102

第5章 纳米管对NOx系列气体的吸附特性研究105

5.1 概述105

5.2 研究背景105

5.3 理论方法106

5.4 NO分子的吸附研究107

5.4.1 NO分子在SiC纳米管上的吸附特性研究107

5.4.2 NO分子在C纳米管和BN纳米管上的吸附特性116

5.5 NNO分子的吸附研究118

5.5.1 NNO分子在SiC纳米管上的吸附特性118

5.5.2 NO分子在C纳米管和BN纳米管上的吸附研究125

5.6 NO2分子的吸附特性126

5.6.1 NO2分子在SiCNTs上的吸附特性126

5.6.2 碳纳米管与氮化硼纳米管对NO2分子的气敏特性分析130

5.7 本章小节131

第6章 新型SiN纳米管的第一性原理研究132

6.1 概述132

6.2 背景介绍133

6.3 理论方法133

6.4 扶手型SiNNTs纳米管结构特性分析134

6.4.1 N掺杂SiC纳米管结构分析134

6.4.2 SiN扶手型纳米管137

6.5 锯齿型SiNNTs纳米管结构特性分析139

6.5.1 N掺杂SiC纳米管结构分析139

6.5.2 SiN锯齿型纳米管142

6.6 本章小结144

第7章 总结与展望146

7.1 工作总结146

7.2 主要创新点148

7.3 工作展望149

参考文献150

后记175