二氧化錫多孔納米固體的制備及性質研究.pdf

1、本論文中，我們利用溶劑熱壓方法制備了二氧化錫(SnO2)多孔納米固體，并通過在高壓氧氣中燒結，減少了其中的納米顆粒界面缺陷、改善了晶界的結晶質量，大幅度提高了載流子遷移率；在此基礎上，將SnO2多孔納米固體制成了氣敏傳感器，通過優(yōu)化熱處理條件實現(xiàn)了對CO氣體的高氣敏響應，并分析了氣敏響應與載流子遷移率之間的關系；為進一步提高SnO2多孔固體的載流子遷移率，繼而改善其氣敏性能，我們首次把溶膠-凝膠法與溶劑熱壓方法相結合，制備了具有均勻孔徑

2、和良好綜合性能的SnO2多孔納米固體。主要結果如下：
　　 (1)首先，我們以商品SnO2納米粉體為原料，利用溶劑熱壓方法制備了SnO2多孔納米固體，并分析了不同實驗參數(shù)(造孔劑用量、熱壓溫度、熱壓壓力和燒結溫度)對孔結構和載流子遷移率的影響。結果表明，經過溶劑熱壓反應后，SnO2多孔納米固體中的納米顆粒發(fā)生了聯(lián)結，為載流子的遷移提供了通道；另外，我們發(fā)現(xiàn)，通過改變造孔劑用量、熱壓溫度、熱壓壓力和燒結溫度，可以在一定范圍內對Sn

3、O2多孔納米固體的孔容、孔徑分布、比表面積等孔的進行調控，而且對SnO2多孔納米固體的載流子濃度和遷移率等參數(shù)也產生了不同程度的影響。結果顯示，對于3g SnO2納米粉體，當造孔劑用量為5ml，熱壓溫度、熱壓壓力和燒結溫度分別為200℃、60MPa和500℃時，SnO2多孔納米固體同時具有較好的孔結構和電學性能。
　　 (2)為了進一步提高SnO2多孔納米固體的載流子遷移率，我們分別在不同的常壓氣氛、高壓氧氣氣氛中對樣品進行熱處

4、理，并在高壓氧氣中低溫長時間熱處理樣品，分析了載流子濃度和遷移率的變化規(guī)律，并利用交流阻抗譜進行了相關機理分析。綜合分析測試結果發(fā)現(xiàn)：在常壓氧氣中500℃燒結可以促進SnO2多孔納米固體界面氧空位的湮滅，遷移率有了很大提高；氮氣中500℃燒結過程中，由于氧空位不能修復且有新的氧空位產生，樣品載流子濃度升高、遷移率下降；在高壓氧氣中熱處理提高了晶界處氧空位湮滅的速度，使SnO2多孔納米固體的遷移率有了很大程度的提高；在高壓氧氣中350℃處

5、理后，氧空位的重新分布、氧空位的湮滅和表面氧吸附三個作用相互競爭，在促進氧空位湮滅的同時抑制了新氧空位的產生，使SnO2多孔納米固體的遷移率達到最高值35cm2/(V·s)。
　　 (3)為了考察載流子遷移率對氣敏傳感器性能的影響，我們在前期工作基礎上，將SnO2多孔納米固體制成了氣敏傳感器，并測試了熱處理條件對其氣敏性能的影響。研究結果表明，常壓氧氣中燒結雖然使樣品遷移率有所上升，但表面氧空位減少(即活性點減少，這是影響氣敏性

6、能的關鍵因素)，因此SnO2多孔納米固體傳感器的氣敏響應降低；在常壓氮氣中燒結以后，氧空位的增加使SnO2多孔納米固體傳感器的氣敏響應出現(xiàn)了最高值45.6；在高壓氧氣燒結過程中，由于表面活性點減少和載流子遷移率提高的相互競爭，使SnO2多孔納米固體傳感器的氣敏響應首先隨著氧氣壓力的升高先逐漸降低，在壓力為4MPa時出現(xiàn)最低點，隨后又呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。相比之下，在高壓氮氣中燒結后，由于氮原子摻雜引起的載流子濃度和遷移率降低，導致SnO2

7、多孔納米固體傳感器的氣敏響應顯著降低。
　　 (4)為了進一步改善SnO2多孔納米固體的孔徑均勻性和提高表面積，同時提高納米顆粒之間的聯(lián)結狀態(tài)，我們首次將溶膠-凝膠法與溶劑熱壓方法相結合，制備了具有均勻孔道的SnO2多孔納米固體，并分析了不同制備條件對孔結構和電學性能的影響。進一步地，以此材料為氣敏元件制備了氣敏傳感器，測試了其對CO的氣敏響應。結果表明：利用溶膠-凝膠法結合溶劑熱壓方法制備的SnO2多孔納米固體，納米顆粒粒徑小