鎘系氣敏材料的制備及其性質(zhì)研究.pdf

1、金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料一直是氣敏傳感器研究的熱點(diǎn)。目前，氣體傳感器可大致分為SnO2系、ZnO系、WO3系、Fe2O3系及近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的具有特定結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物等，對(duì)鎘系氣敏材料的研究較少，且主要以復(fù)合氧化物為主。CdS是典型的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換特性和催化特性。CdS納米微粒在光、電、磁、催化等方面有巨大的應(yīng)用潛能。在傳感器領(lǐng)域中CdS光敏傳感器研究較多，國(guó)外有少數(shù)關(guān)于CdS氣敏性能的報(bào)道，但其中大多是用于SO2或

2、O2的檢測(cè)，鮮見(jiàn)其酒敏性的報(bào)道。AB2O4尖晶石結(jié)構(gòu)材料也是一種很重要的復(fù)合氧化物氣敏材料。因此本論文主要合成硫化鎘以及鎘的尖晶石型復(fù)合氧化物，并研究了它們的氣敏性質(zhì)。 本工作分別以CdCl2和Cd(NO3)2為原料用配位沉淀法和均相沉淀法制備出納米CdS，以CdCl2為原料時(shí)，產(chǎn)物均為六方相；以Cd(NO3)2為原料時(shí)，產(chǎn)物均為立方相，但在熱處理溫度為500℃時(shí)已有部分相變。制備的CdS樣品對(duì)乙醇都有較高的靈敏度和選擇性，以C

3、dCl2為原料得到的樣品，靈敏度隨熱處理溫度升高而降低，是樣品粒徑變大的緣故；以Cd(NO3)2為原料得到的樣品，靈敏度隨著熱處理溫度上升而升高，可能是因?yàn)闃悠吩谳^高溫度發(fā)生了部分相變。為了進(jìn)一步提高CdS元件的性能，采用配位沉淀法制備了納米CdZnS，焙燒溫度為600℃時(shí)所得材料在175℃的工作溫度下對(duì)乙醇有很高的靈敏度，甚至對(duì)5ppm的乙醇靈敏度也可達(dá)到137，同時(shí)CdZnS(600℃)元件對(duì)乙醇的選擇性和穩(wěn)定性也相當(dāng)好。CdZnS

4、(600℃)元件的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他兩個(gè)元件，原因可能是CdZnS(600℃)中S的含量較低，而CdS/ZnS(400℃)和CdS/ZnS(500℃)樣品中的S含量較高且基本相同，導(dǎo)致這兩個(gè)元件的靈敏度基本相同；或者是因?yàn)镃dS/ZnS(400℃)和CdS/ZnS(500℃)只是形成了混合物，沒(méi)有發(fā)生復(fù)合，CdZnS(600℃)則是CdS和ZnS復(fù)合后的產(chǎn)物，是結(jié)構(gòu)上的差異對(duì)元件的靈敏度造成了較大的影響。 采用檸檬酸溶膠－凝膠法

5、制備出尖晶石結(jié)構(gòu)CdM2O4(M=Fe，In)，并利用XRD對(duì)產(chǎn)品的物相進(jìn)行了分析，結(jié)合Scherrer公式對(duì)晶粒的原始尺寸進(jìn)行計(jì)算；用TEM對(duì)粉體晶粒的粒徑和形貌進(jìn)行了觀察；將產(chǎn)物粉體制成氣敏元件，用靜態(tài)配氣法在氣敏測(cè)試儀上對(duì)其氣敏性能進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)上述兩種材料的研究分析，發(fā)現(xiàn)CdFe2O4對(duì)乙醇敏感，CdIn2O4對(duì)氯氣敏感。CdFe2O4傳感器，它在250℃時(shí)對(duì)100ppm的乙醇靈敏度為55，有較高的靈敏度和相對(duì)較低的工作溫度，

6、響應(yīng)－恢復(fù)較快，能夠達(dá)到酒敏元件的要求。CdIn2O4元件對(duì)Cl2有很高的靈敏度和選擇性。600-900℃處理的CdIn2O4元件對(duì)體積分?jǐn)?shù)為10ppm的Cl2的最大靈敏度分別是53000，3298，3274，18.7；它們的響應(yīng)時(shí)間分別為28s，15s，6s，53s；恢復(fù)時(shí)間分別為935s，433s，632s，318s。綜合來(lái)看，CdIn2O4(700℃)andCdIn2O4(800℃)元件有較高的靈敏度且響應(yīng)－恢復(fù)較快。檸檬酸溶膠－