分級(jí)多孔二氧化錫的制備及其氣敏性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體金屬氧化物氣敏材料具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、響應(yīng)回復(fù)快、靈敏度高、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)。目前已在環(huán)境污染治理，工業(yè)氣體的監(jiān)控、可燃性氣體、毒性氣體的檢漏報(bào)警等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)階段研究表明分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)是構(gòu)建高靈敏度和快速響應(yīng)的金屬氧化物氣敏材料的理想結(jié)構(gòu)。然而目前對(duì)于分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)氣敏材料的研究依然面對(duì)眾多難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，如難以合成、結(jié)構(gòu)簡單、種類單一等。這些難點(diǎn)和挑戰(zhàn)極大的制約了分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)氣敏材料的開發(fā)和應(yīng)用。鑒于此，本論文擬從PS納

2、米微球模板出發(fā)，通過“引入前驅(qū)物—PS微球自組裝—熱處理去模板”的方法，探索合成分級(jí)多孔SnO2材料的方法。同時(shí)對(duì)分級(jí)多孔SnO2進(jìn)行稀土摻雜，分析了分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)及其組分優(yōu)化（稀土摻雜）對(duì)氣敏材料性能的影響，為分級(jí)多孔氣敏材料研究和開發(fā)提供了思路和依據(jù)。本論文研究內(nèi)容如下:
　　(1)以PS微球?yàn)槟０?，通過膠凝膠前驅(qū)體浸漬后自組裝（重力沉積）之后熱處理去除模板的方法，成功制備開放式分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的SnO2材料，對(duì)其進(jìn)行了XRD、SE

3、M等儀器的分析和表征，同時(shí)探索了前驅(qū)液濃度、燒結(jié)溫度對(duì)分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的影響。最終確定了合成開放式分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)SnO2的最佳條件。
　　(2)將制備的分級(jí)多孔SnO2材料制作成氣敏元件，利用氣敏測試系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行了氣敏性能分析。系統(tǒng)了研究其對(duì)乙醇、丙酮、甲醛、甲醇、異丙醇、苯、甲苯等多種可燃性氣體、有毒氣體的氣體敏感特性。研究結(jié)果表明，由于其開放的三維多孔結(jié)構(gòu)，表面開放式結(jié)構(gòu)有利于氣體分子的進(jìn)入和傳輸，內(nèi)部分級(jí)多孔構(gòu)造能夠提供大量的反應(yīng)

4、表面積。開放式分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)有效的提高了SnO2材料的氣敏性能。以對(duì)200ppm的乙醇?xì)饷魷y試為例，開放式分級(jí)多孔SnO2材料的最佳工作溫度從370℃降低為310℃，氣敏響應(yīng)值是參比樣的3倍左右，響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間縮短了4-6s。
　　(3)通過增加稀土元素前驅(qū)液浸漬的步驟對(duì)分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)SnO2進(jìn)行了稀土元素(Ce、La)摻雜，研究了摻雜前后氣敏性能的變化，發(fā)現(xiàn):稀土摻雜顯著的提高了SnO2材料的氣敏性能，提升效果隨摻雜元素、摻雜濃度、氣

5、體種類、工作溫度等不同而不同具體表現(xiàn)為:1)Ce/Sn原子摩爾比為3％的前驅(qū)液對(duì)分級(jí)多孔SnO2的摻雜效果最好，其對(duì)丙酮的靈敏度有了顯著提高，對(duì)500ppm丙酮響應(yīng)值在53.6，變?yōu)樵瓉淼?倍左右。同時(shí)Ce的摻雜也有利于對(duì)乙醇、甲醇、甲醛等氣體的氣敏響應(yīng)提升。對(duì)比摻雜前后最佳工作溫度的變化發(fā)現(xiàn)Ce的摻雜會(huì)導(dǎo)致最佳工作溫度有升高或升高的趨勢。2）La/Sn原子摩爾比為5％的前驅(qū)液摻雜效果較好，其對(duì)乙醇和甲醇的氣敏響應(yīng)都得到了明顯提升，對(duì)5