SnO2基納米材料的制備及其氣敏特性研究.pdf

1、由于金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器通常具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、成本低廉、制作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在許多氣體探測(cè)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，該類(lèi)氣體傳感器依然存在著選擇性差、工作溫度高以及穩(wěn)定性差、易老化等問(wèn)題，大大降低了其應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)哪些具體可行的措施來(lái)提高氣體傳感器的選擇性、穩(wěn)定性、并降低功耗，探索新的氣敏機(jī)制、開(kāi)發(fā)新型敏感材料以及新的器件結(jié)構(gòu)，是當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　SnO2雖然是研究最早、當(dāng)前商業(yè)化應(yīng)用最為廣泛

2、的一種金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料，具有其它材料不可比擬的優(yōu)異性能，但以它為基的氣體傳感器同樣存在著選擇性差、工作溫度高等缺點(diǎn)。本文以SnO2的一維納米結(jié)構(gòu)為基，借助材料工程手段獲得兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)氣體敏感材料，希望通過(guò)提高材料比表面積、引入異質(zhì)結(jié)以及表面功能性修飾等多重措施的協(xié)同效應(yīng)改善氣體傳感器的響應(yīng)特性。具體研究工作分為四個(gè)方面：
　　1.利用靜電紡絲工藝制備了機(jī)構(gòu)穩(wěn)定、形貌良好的SnO2納米纖維。通過(guò)控制相對(duì)空氣濕度（HR）等工藝

3、條件得到了綿長(zhǎng)的、粗細(xì)均勻的SnO2納米纖維，并測(cè)試分析了SnO2納米纖維的氣敏性能，研究發(fā)現(xiàn)SnO2納米纖維的在工作溫度為350℃時(shí)，對(duì)酒精有較好的響應(yīng)。
　　2.采用二步法制備了ZnO/SnO2分級(jí)納米結(jié)構(gòu)。首先，在靜電紡絲法制備的SnO2納米纖維上生長(zhǎng)ZnO種子層，而后采用水熱法繼續(xù)在SnO2納米纖維上生長(zhǎng)大量均勻一致ZnO納米棒陣列。采用XRD、SEM、氣敏測(cè)試系統(tǒng)等手段對(duì)材料進(jìn)行表征，并研究了不同水熱時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)Zn

4、O/SnO2分級(jí)納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，使用250℃處理的種子層對(duì)SnO2/ZnO分級(jí)納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)最有利。而且隨著水熱時(shí)間從2h、4h、6h的遞增，ZnO納米陣列更加濃密。隨后的氣敏測(cè)試分析表明，ZnO/SnO2分級(jí)納米結(jié)構(gòu)最佳工作溫度為300℃，在此溫度下對(duì)100 ppm的丙酮?dú)怏w進(jìn)行氣敏測(cè)試，靈敏度高達(dá)20.8，并對(duì)該氣體具有一定的選擇性。
　　3.通過(guò)調(diào)節(jié)靜電紡絲溶液成分和燒結(jié)升溫速率制備了SnO2納米纖維管。通過(guò)控

5、制退火升溫速度以及PVP和錫鹽的比例得到了較長(zhǎng)、粗細(xì)均勻的SnO2納米纖維管。研究發(fā)現(xiàn)，不同的退火升溫溫度以及PVP和錫鹽的比例對(duì)形成形貌良好的SnO2納米纖維管有很大的影響，研究發(fā)現(xiàn)以10℃/min左右的升溫速率和以4:5的摩爾比例的PVP和錫鹽能制備出形貌和性能最好的SnO2納米纖維管，且其氣敏性能更為優(yōu)越。
　　4.以SnO2納米纖維管為基，通過(guò)二步水熱法成功制備出CuO/SnO2復(fù)合納米纖維管狀結(jié)構(gòu)。并研究了水熱反應(yīng)中不同