α-Fe2O3@SnO2核殼納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備及其氣敏性能研究.pdf

1、三氧化二鐵(α-Fe2O3)和二氧化錫(SnO2)，歸功于其本身具有的各項獨特性質(zhì)，在傳感、能源、環(huán)境等領(lǐng)域得到廣泛的開發(fā)研究。具體到氣敏研究領(lǐng)域，這兩類材料由于其自身獨特性質(zhì)，一直受到研究人員的關(guān)注。在近些年來，基于這兩類材料的氣敏器件得到大量研究。通過對材料結(jié)構(gòu)和形貌的調(diào)控，研究人員詳細探討了器件的氣敏性能的變化。然而隨著科技進一步發(fā)展，人們對氣敏器件的性能指標(biāo)提出了更高的要求。傳統(tǒng)采用的形貌調(diào)節(jié)等手段很難實現(xiàn)新的目標(biāo)?；谝陨媳尘?/p>

2、，研究人員提出全新思路，通過將不同材料的復(fù)合，利用不同材料之間的協(xié)同作用，如異質(zhì)結(jié)勢壘的變化，實現(xiàn)氣敏器件性能的大幅度改善。在這種思想指導(dǎo)下，多種以α-Fe2O3/SnO2復(fù)合材料氧化物作為敏感材料的氣敏器件被開發(fā)。通過詳細對比研究，研究人員發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料中，材料的形貌和結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出與單體材料有所不同的性質(zhì)。因此，為了進一步研究分析此類復(fù)合材料的氣敏性能并進一步加以改善，有必要采用較為溫和簡單的手段獲取不同結(jié)構(gòu)和形貌的α-Fe2O3/SnO

3、2復(fù)合氣敏材料。
　　基于上述研究背景，我們首次制備獲得α-Fe2O3@SnO2核殼異質(zhì)結(jié)納米管并作為敏感材料制作旁熱式氣敏元件，研究了該傳感器對丙酮氣體的敏感特性。本文中我們采用多次水熱的方法制備了異質(zhì)結(jié)α-Fe2O3@SnO2核殼納米管。首先水熱制備出α-Fe2O3納米管，離心分離干燥獲得純α-Fe2O3納米管樣品后，再次采用水熱法在α-Fe2O3納米管外部沉積一層SnO2納米顆粒層，從而形成α-Fe2O3@SnO2核殼納米管

4、異質(zhì)結(jié)構(gòu)。該α-Fe2O3@SnO2復(fù)合材料表現(xiàn)出非常優(yōu)異的氣敏性能。對比純的α-Fe2O3納米管和SnO2納米顆粒，這種異質(zhì)結(jié)納米管對丙酮表現(xiàn)出了非常優(yōu)異的氣敏性能。在300℃的溫度下，該復(fù)合材料對100 ppm丙酮濃度的靈敏度高達33.4。該種材料具有很快的響應(yīng)速率和恢復(fù)速率，同時也表現(xiàn)出了優(yōu)異的氣體選擇性。我們基于該復(fù)合材料制作的氣敏元件分別對10 ppm，50 ppm，100 ppm濃度的丙酮進行了3個暫態(tài)實驗測試，每個暫態(tài)測試

5、持續(xù)4個循環(huán)，發(fā)現(xiàn)該元件表現(xiàn)出優(yōu)秀的穩(wěn)定性和重復(fù)性。同時，我們還對器件在一個月內(nèi)對100 ppm的丙酮長期氣敏性能的穩(wěn)定性進行測試，結(jié)果顯示該材料具有優(yōu)異的氣敏穩(wěn)定性。這也是材料未來進一步實用化的重要基礎(chǔ)。除了多孔結(jié)構(gòu)和管狀結(jié)構(gòu)有利于氣體的吸附和傳輸外，異質(zhì)結(jié)的勢壘高度在不同氣氛中的變化可能是α-Fe2O3@SnO2復(fù)合氧化物傳感性能提升的主要原因。
　　通過系統(tǒng)研究α-Fe2O3@SnO2核殼異質(zhì)結(jié)納米管的結(jié)構(gòu)、組份、尺寸對材料