In-,2-O-,3-納米材料的制備、摻雜及氣敏性能研究.pdf

1、In2O3是一種N型半導(dǎo)體氣敏材料,具有較寬的禁帶寬度、較小的電阻率和較高的催化活性等特點,可廣泛用于光電領(lǐng)域,如太陽能電池、液晶設(shè)備、氣體傳感器等。因此,In2O3納米材料的研究與開發(fā)已成為熱門課題。In2O3納米材料氣體傳感器可應(yīng)用到許多方面,如農(nóng)業(yè)、生物工藝過程,建筑業(yè),環(huán)境保護行業(yè)等。
　　 本研究采用幾種不同方法分別制備出In2O3納米粉體,利用XRD對產(chǎn)品的物相進行了分析;用SEM與TEM對粉體晶粒的形貌和粒徑進行了

2、觀察;研究了不同工作溫度、氣體濃度對材料氣敏性能的影響。實驗結(jié)果表明:室溫固相合成法、化學(xué)共沉淀法和水熱法制備的粉體的形貌為棒狀。均勻沉淀法制備的In2O3氣敏元件對Cl2具有最佳的靈敏度,110℃工作溫度下對100ppmCl2的靈敏度高達1175,且具有選擇性好,響應(yīng)—恢復(fù)時間短等特性。
　　 實驗對水熱法進行了深入探討,分別對聚乙二醇(PEG)400/600/1000/2000和EO(Textlo)系列進行了詳細研究。結(jié)果發(fā)

3、現(xiàn),加入PEG-600,采用水熱法可以一步制備出In2O3納米棒,棒的平均長度約150nm,直徑約20nm,分布均勻。該材料在175℃的工作溫度下對10ppmNO2氣體的靈敏度高達32.2,并且具有選擇性好、響應(yīng)—恢復(fù)時間短等特性。以Textlol38為表面活性劑,采用水熱法一步制備出了In2O3納米帶,平均長度約200nm,直徑約10nm,該材料在290℃的工作溫度下對10ppmCl2氣體的靈敏度高達10.6,響應(yīng)時間為8s,恢復(fù)時間

4、為1s。
　　 為了提高In2O3氣敏材料的靈敏度,摻雜是一種行之有效的方法。文章采用金屬元素Fe、Co、Ni對水熱法制備的In2O3進行了摻雜。結(jié)果表明,摻雜后,元件對Cl2和NO2的靈敏度顯著增加。7％(wt,下同)Fe(NO3)3摻雜In2O3樣品制得的氣敏元件,靈敏度最高;5％Co(NO3)2摻雜和7％Ni(NO3)2摻雜的元件,靈敏度也最高。以Ni(NO3)3摻雜為例,當(dāng)摻雜量為7％時,元件在350℃工作溫度下,對10

5、0ppmCl2的靈敏度為843.1,對10ppmCl2的靈敏度也可以達到28.5。且具有選擇性好,響應(yīng)—恢復(fù)時間短等特性。
　　 同時采用稀土元素La、Ce、Pr、Nd分別對水熱法制備的In2O3進行摻雜。結(jié)果表明,摻雜后,元件對Cl2和NO2的靈敏度顯著增加。7％La(NO3)3摻雜的In2O3樣品制得的氣敏元件,靈敏度最高;3％Ce(MO3)3、7％Pr6O11、7％Nd(NO3)3摻雜制備的元件也分別達到靈敏度最高。以La