偏錫酸鋅稀土摻雜及酒敏性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)的陶瓷半導(dǎo)體酒敏材料主要有SnO2、Fe2O3、WO3、ZnO、In2O3等過渡金屬氧化物，但這些材料大多是廣普型的氣敏材料，對(duì)乙醇的選擇性并不好。雖然通過貴金屬摻雜和制膜工藝的改進(jìn)酒敏選擇性有所改進(jìn)，但是又增加了成本。20世紀(jì)80年代，人們發(fā)現(xiàn)用傳統(tǒng)工藝制備的ZnSnO3和LaFeO3等鈣鈦礦型復(fù)合金屬氧化物酒敏元件就能表現(xiàn)出良好的酒敏特性，隨后展開了大量的研究。本文以ZnSnO3為主要研究對(duì)象，分別對(duì)這種材料的納米化制備、氣敏性

2、能、摻雜改性等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)其氣敏機(jī)理也進(jìn)行了初步的探究。 本課題采用共沉淀法制備了ZnSnO3的前驅(qū)體，再通過高溫焙燒合成得到了鈣鈦礦型復(fù)合氧化物。XRD圖譜分析表明：用超聲波振蕩分散和低溫陳化新工藝制得的粉末為單相ZnSnO3，無雜相出現(xiàn)；EDS分析表明兩種粉末中都沒有別的雜質(zhì)元素。TEM分析表明新工藝合成的ZnSnO3粉末粒度均勻，粒徑小于40nm。 將不同工藝制得的ZnSnO3粉末以及摻雜后的粉末制備成燒結(jié)

3、型氣敏元件后，進(jìn)行了氣敏測(cè)試。研究結(jié)果表明：經(jīng)超聲振蕩分散、-15℃陳化10小時(shí)、600℃空氣中燒結(jié)5小時(shí)制備的ZnSnO3材料所制得的燒結(jié)型氣敏元件在310℃時(shí)，對(duì)1000ppm的乙醇的靈敏度高達(dá)25.8，且對(duì)汽油的抗干擾能力強(qiáng)；在所有的金屬氧化物摻雜劑中，La2O3能顯著提高其靈敏度，最佳摻雜量為 5％mol；此外，摻雜La2O3的 ZnSnO3傳感器的回復(fù)-響應(yīng)時(shí)間為10s左右；在有其它氣體存在時(shí)，La2O3摻雜 ZnSnO3傳感

4、器仍然對(duì)乙醇有較好的選擇性和穩(wěn)定性。SEM對(duì)敏感層表面分析表明：氣敏特性和表面的氣孔率、顯微裂紋分布和晶粒大小有很大關(guān)系。 用點(diǎn)缺陷理論和質(zhì)量作用定律解釋了ZnSnO3的電阻和氣體分壓的指數(shù)關(guān)系，并進(jìn)一步指出指數(shù)與不同氣體在敏感層表面的吸附-脫附反應(yīng)有很大關(guān)系。當(dāng)兩種以上氣體存在時(shí)，根據(jù)氣體表面覆蓋度的不同，就產(chǎn)生了優(yōu)先吸附的現(xiàn)象，這是選擇性的原因。摻雜劑的作用機(jī)理或是對(duì)被檢測(cè)氣體有較大的親和作用，使氣體更容易吸附，加速吸脫附和