SnO2基p-n型復合材料的制備及其氣敏特性研究.pdf

1、在檢測大氣中的有毒有害氣體的方法中，金屬氧化物半導體氣體傳感器因為其成本低、便攜等優(yōu)點而成為了研究熱點。將不同材料復合，力求優(yōu)勢互補，是改善傳感器性能的重要方法之一。將p型材料和n型材料復合后，可以明顯提高材料的氣敏響應值。本文以靜電紡絲法為敏感材料的制備方法，以SnO2為n型材料，選擇兩種不同的p型材料CuO和NiO分別制備了p-n型復合材料，測試了各元件的氣敏特性，并初步分析了p-n型復合材料敏感機理及導電類型的轉變。
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2、研究主要內容包括：⑴采用靜電紡絲法，以CuO作為p型材料，SnO2作為n型材料，制備得到了不同復合比例的 CuO-SnO2復合纖維狀材料。對復合材料進行了 TGA、XRD、SEM、XPS等表征。利用靜態(tài)測試系統(tǒng)測試了不同復合材料的對甲醛、甲苯、甲醇、丙酮及乙醇共計五種氣體的氣敏特性及復合材料的導電類型。通過比較發(fā)現(xiàn)，在CuO:SnO2=1:1的比例下，材料對丙酮具有最佳的響應值；材料在CuO-SnO2的比例在3:1和2:1之間導電類型從

3、p型轉變成n型。⑵采用靜電紡絲法，制備了不同比例的NiO-SnO2復合納米纖維材料。對復合材料進行了TGA、XRD、SEM、TEM、XPS的表征后發(fā)現(xiàn)，材料復合后，會在一定程度上限制晶粒的生長。測試復合材料的氣敏特性及導電類型后發(fā)現(xiàn)，當 NiO:SnO2=2:1時，材料對丙酮的氣敏響應值最高，同時NiO-SnO2復合材料由p型材料轉變?yōu)閚型材料發(fā)生在2:1與1:1的比例之間。⑶結合XRD、SEM、XPS的表征結果，靜態(tài)測試系統(tǒng)的氣敏測試

4、結果，將不同p型材料構成 p-n型復合材料進行表征及氣敏特性的橫向比較，包括材料形貌、晶粒粒徑、吸附氧含量、最佳工作溫度、響應值、選擇性等。⑷根據(jù)比較后得到的結論分析復合材料的氣敏特性得到增強的機理以及導電類型轉變的機理。氣敏特性增強的機理主要通過三個方面來分析的：復合后材料p-n結的形成對氧元素吸附的促進作用；晶粒尺寸的降低以及纖維直徑的降低。而復合材料導電類型的變化主要是通過材料內部大量的氧空位與氧間隙原子的復合，少量的金屬空位與金