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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