《先驅體原位成形法製備SnO2/SiC超細氣敏纖維研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由王應德擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：先驅體原位成形法製備SnO2/SiC超細氣敏纖維研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王應德
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
通過靜電紡絲用先驅體法製備陶瓷纖維及其在微感測器方面的套用是近年來發展起來的一個新方向。本項目以能在極端條件下使用，且同時具備對多種氣體敏感的氣體微感測器材料及其元器件微加工技術的探索為目標，採用先驅體轉化及原位成形法，設計和利用靜電紡絲製備具有氧化錫徑向梯度分布表面層的碳化矽超細纖維。系統研究纖維有序成形，纖維徑向成分分布及氧化層厚度控制，纖維組成結構對單組分和混合氣體的氣敏特性、穩定性和選擇性的影響規律及其機制。重點研究纖維形貌與直徑、組成及其分布、晶型結構、微孔結構與分布、晶粒尺寸效應和SnO2與SiC的雙層耦合效應等及其對半導體特性的影響機制等基本科學問題。本課題對功能超細陶瓷纖維的設計、製備與套用基礎研究，對高溫微型複合感測器乃至微機電的開發和套用研究均有較強的理論意義和實際套用價值。
結題摘要
通過靜電紡絲用先驅體法製備陶瓷纖維及其在微感測器方面的套用是近年來發展起來的一個新方向。採用靜電紡絲結合先驅體轉化法和碳熱還原法，成功製備出具有高比表面積的大孔-介孔-微孔SiC超細纖維和介孔SiC納米纖維。在此基礎上，突破了分級結構SnO2/SiC和TiO2/SiC微納米纖維的製備技術，實現了分級結構納米金屬氧化物/碳化矽異質結複合纖維形貌、組成和結構的可控制備。研究了纖維組成結構對氣敏性能的影響規律及其影響機理。具有分級結構的SnO2納米片/SiC納米纖維在350 ℃時對乙醇的靈敏度最高為23.5，在500 ℃高溫下的靈敏度為7.2，是純SnO2納米片的2.3倍。分級結構TiO2納米片/SiC複合纖維在450 ℃時對丙酮的靈敏度最高為19.2。同時，這兩種氣敏材料都表現出超快的回響/恢復速率（回響時間＜5 s; 恢復時間＜15 s）、優異的氣敏重現性和氣敏選擇性。研究發現了分級結構SnO2/SiC和TiO2/SiC微納米纖維優異的氣敏性能主要是由金屬氧化物在SiC纖維上的直立生長、特殊的分級結構、金屬氧化物-SiC異質結相互作用和SiC高的熱導率四方面原因所致。此外，還製備出具有梯度結構的ZrO2/SiC超細纖維和TiO2/C納米纖維。該研究成功探索出一種製備非氧化物-氧化物相結合的超細陶瓷纖維氣敏材料的技術，為製備其他柔性多級孔結構陶瓷纖維提供了新思路，驗證了纖維狀核-殼型分級結構和金屬氧化物-SiC異質結的協同作用對材料氣敏活性的提升作用。對功能超細陶瓷纖維的設計、製備與套用基礎研究，對高溫微型複合感測器乃至微機電的開發和套用研究均有較強的理論意義和實際套用價值。
