金屬（復(fù)合）氧化物氣敏材料的制備及氣敏性能研究.pdf

1、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器因其具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、靈敏度高、工藝成熟等優(yōu)點，使其在可燃性氣體、毒性氣體的檢漏報警，環(huán)境氣體的監(jiān)控等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。 SnO<,2>、ZnO作為傳統(tǒng)的金屬氧化物氣敏材料，自60年代以來廣大的科研工作者已進(jìn)行了廣泛而深入的研究，使其SnO<,2>基、ZnO基氣體傳感器在民用和工業(yè)等方面的應(yīng)用得到很大的發(fā)展。但到目前為止，此兩類氣體傳感器仍存在選擇性低、功耗高、穩(wěn)定性差的缺點，嚴(yán)重限制了其產(chǎn)品

2、的應(yīng)用推廣。SnO<,2>、ZnO的敏感機(jī)理都屬于表面控制型，其粒子尺寸、表面狀態(tài)和氧氣吸附量在材料氣體靈敏度方面扮演重要角色。一維納米材料因其具有高的比表面積而成為有潛力的氣敏材料。但目前為止，大多數(shù)的研究集中在燒結(jié)粒子或薄膜方面，而對于一維納米材料的氣敏性質(zhì)研究較少。 在本文中，我們用水熱法合成了ZnO納米棒并討論了其元件的氣敏性能，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物的相成分和氣敏性能與制備條件有關(guān)。不同條件下制備的ZnO納米棒元件對乙醇和硫化氫氣體

3、有很好的靈敏度，并可通過選擇溫度范圍來提高對乙醇和硫化氫兩種氣體的選擇性，尤其是元件在室溫條件下對硫化氫氣體具有很高的靈敏度和選擇性，在室溫下可探測低至0.1 ppm的H2S。元件對低濃度的乙醇有很高的靈敏度、好的選擇性和快的響應(yīng)恢復(fù)時間，這使ZnO納米棒傳感器有希望成為檢測低濃度乙醇的實用材料。 以硝酸鋅和六次甲基四胺為原料，CTAB為形貌控制劑，分別利用直接一步水解法和水熱法合成了ZnO分枝納米棒和微米棒，討論了反應(yīng)條件對其

4、形貌的影響，并推斷了其可能的生長過程。研究了ZnO納(微)米棒的氣敏性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)元件對乙醇有都高的靈敏度和很好的響應(yīng)恢復(fù)特性。對三乙胺和硫化氫氣體雖具有很高的靈敏度且能夠探測較低濃度的氣體，但其響應(yīng)恢復(fù)時間很長，不利于材料的實用化。 粒徑在納米級甚至微米級的空心球因其特有的核．殼空心結(jié)構(gòu)及高的比表面積其它具有許多優(yōu)異的物理化學(xué)性能，從而使其在氣體傳感器領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。我們以葡萄糖為原料用水熱法成功制備了碳球，并以碳球為模板制

5、備了SnO<,2>、ZnO空心微米球，研究了兩種空心球的氣敏性能并探討了其敏感機(jī)理。我們發(fā)現(xiàn)SnO<,2>空心球元件在150℃時對(C<,2>H<,5>)<,3>N氣體有很高的靈敏度、良好的選擇性和較短的響應(yīng)時間，尤其是對1ppb的(C2H5)3N在150℃時的靈敏度仍達(dá)7.1。值得注意的是，在250℃時對0.1 ppm乙醇的靈敏度為2.7。ZnO空心球則在175℃和400℃分別對(C<,2>H<,5>)<,3>N和C<,2>H<,5>

6、OH表現(xiàn)出最高的靈敏度和較短的響應(yīng)時間。在最佳工作溫度下，ZnO空心球元件對1 ppb(C<,2>H<,5>)<,3>N和0.1ppm乙醇的靈敏度分別為3.5和3.8。SnO<,2>、ZnO空心球有望成為檢測微量(C<,2>H<,5>)<,3>N和(C<,2>H<,5>)OH氣體的實用化傳感器。 本文以辛胺作軟模板在溫和條件下合成了有機(jī)/無機(jī)雜化SnO<,2>空心球。探討了反應(yīng)條件對其形貌的影響并測試了其氣敏性能。空心球元件在1

7、50℃對1000ppm乙醇有很高的靈敏度，在此溫度下能夠檢測到0.1 ppm的乙醇。在室溫下對10 ppmH<,2>S的靈敏度達(dá)2887，對0.1 ppm：H<,2>S的靈敏度為3。我們所制備的空心球材料可用作低溫檢測低濃度乙醇和硫化氫氣體。 采用Zn(NO<,3>)<,2>·6H<,2>O和SnCl<,4>·5H<,2>O作為起始原料，控制適當(dāng)?shù)膒H值和反應(yīng)時間，在180℃溫度條件下水熱法得到Zn<,2>SnO<,4>納米粒子