二氧化錫的水熱合成及其氣敏性能研究.pdf

1、作為應(yīng)用在傳感器方面最多的半導(dǎo)體基材料，二氧化錫的氣敏性被廣泛的研究。有許多內(nèi)在和外在的因素影響著傳感器的氣敏性能，比如摻雜、形貌結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸，因此如何控制納米氧化物的尺寸和形貌一直是研究的熱點。由低維納米尺寸的單元組裝而成的三維分層納米材料由于具有多孔結(jié)構(gòu)而被認為是氣敏材料的最佳候選者，因此開發(fā)一系列制備三維分層結(jié)構(gòu)的二氧化錫納米材料的方法是一項很有意義的研究。此外，很多的理論研究表明多價錫氧化物存在并且在某些方面有著比單價錫氧化物

2、更好的性能，因此很有必要開發(fā)出一種能成功制備出多價錫氧化物的簡易方法。
　　本文通過無模板水熱法成功制備由不同低維納米單元組裝的三維分層結(jié)構(gòu)的納米二氧化錫材料，并且成功探索出一種合成三氧化二錫納米材料的簡易方法。包括XRD、DSC-TG、SEM、TEM、HRTEM和XPS在內(nèi)的一系列的測試手段用來對所制備樣品的微觀結(jié)構(gòu)和形貌進行表征。通過觀察不同水熱時間的樣品形貌演變，詳細地提出了所制備的納米氧化物可能的生長機理。并且，氣敏測試表

3、明所制備的樣品對于乙醇氣體有著較高的響應(yīng)。主要的研究結(jié)果如下：
　?、偻ㄟ^使用草酸鋅作為輔助劑，水熱合成了一種由一維納米單元組裝成海膽狀的SnO2納米分層結(jié)構(gòu)。當(dāng)增加反應(yīng)過程中的NaOH濃度，則組裝單元（納米棒或者納米纖維）的直徑將不斷減少，并且組裝單元最小的直徑可以達到10nm以下的尺寸。形貌觀察和晶體結(jié)構(gòu)分析表明SnO2沿著[110]晶向生長成棒狀并且由于定向附著作用而組裝成海膽狀。進一步地氣敏測試表明，大的比表面積、較小納米

4、尺寸和晶粒以及適量的鋅摻雜都能提高二氧化錫納米材料的氣敏性能。
　?、诶盟疅岱ǔ晒χ苽淞擞啥S超薄納米片組裝成的花狀SnO2納米結(jié)構(gòu)。草酸鈉作為輔助形核和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑加入到反應(yīng)中來控制合成不同形式的納米片結(jié)構(gòu)，并且發(fā)現(xiàn)加入草酸鈉的量對三維分層結(jié)構(gòu)的形成有著很大的影響。當(dāng)減少反應(yīng)中草酸鈉的濃度以及不添加草酸鈉時，作為組裝單元的二維納米片密集程度變的稀疏甚至不組裝，證明草酸鈉在SnO2三維花狀結(jié)構(gòu)的形成起著提供形核中心的作用。對于乙醇

5、氣體的氣敏性能進行測試表明納米片密集程度最高的花狀SnO2納米材料有著更好的氣敏性能；并且，由二維納米片組裝而成的二氧化錫納米材料對乙醇氣體的響應(yīng)強度明顯高于由一維納米棒組裝的二氧化錫納米材料。本章給出的合成方法對于繼續(xù)優(yōu)化納米氧化物材料的氣敏性能提供了一個很好的參考。
　?、弁ㄟ^大量減少攪拌時間來控制反應(yīng)溶液中的溶解氧，以使部分二價錫離子不被氧化，從而成功制備出了價態(tài)不飽和的三氧化二錫。合成出的三氧化二錫是由許多薄至15nm左右