二氧化錫膠體量子點(diǎn)薄膜制備及其硫化氫氣敏特性研究.pdf

1、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器具有靈敏度高、檢測(cè)下限低、使用簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，一直是使用量最大的一類(lèi)氣體傳感器，但仍然存在工作溫度高和選擇性不佳等問(wèn)題，當(dāng)前的研究熱點(diǎn)是利用低維納米材料的特殊活性來(lái)降低工作溫度，發(fā)展高性能、低功耗氣體傳感器。
　　量子點(diǎn)是一種具有量子限域效應(yīng)的“準(zhǔn)零維”無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶，而膠體量子點(diǎn)不僅具有高比表面積和靈活可調(diào)的物化特性，而且具有優(yōu)良的室溫成膜性能，是一種潛在的理想氣敏材料。論文中采用溶劑熱法合成出二

2、氧化錫（SnO2）膠體量子點(diǎn)，在室溫下通過(guò)旋涂成膜并結(jié)合無(wú)機(jī)配體置換，制備出對(duì)H2S氣體擇優(yōu)敏感且工作溫度低至70℃的SnO2氣體傳感器。
　　論文首先研究了SnO2膠體量子點(diǎn)的合成條件，XRD、HRTEM及UV-vis分析結(jié)果表明產(chǎn)物為粒徑2-3 nm的金紅石SnO2納米顆粒，穩(wěn)定分散在甲苯中，具有明顯的量子限域效應(yīng)。在室溫下通過(guò)旋涂成膜并采用AgNO3進(jìn)行配體置換處理，得到SnO2量子點(diǎn)氣敏薄膜，70℃下對(duì)50 ppm的H2S

3、氣體具有29的靈敏度，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為37s和127s。基于SnO2膠體量子點(diǎn)的小尺寸特性，建立了全耗盡平帶能帶模型對(duì)其氣敏機(jī)理加以解釋?zhuān)⒔Y(jié)合靈敏度與氣體濃度、載流子濃度之間的理論計(jì)算，得到量子點(diǎn)費(fèi)米能級(jí)變化量（△EF）與H2S濃度（CH2S）的定量關(guān)系△EF=0.01 InCH2S+0.05。
　　為了進(jìn)一步優(yōu)化傳感器性能，論文研究了不同無(wú)機(jī)鹽（如NH4Cl、NaNO2、CuCl2等）置換處理對(duì)薄膜氣敏特性的影響。結(jié)果表明

4、，CuCl2配體并200oC處理之后得到的傳感器件性能更佳，70℃下對(duì)50 ppm的H2S氣體具有高達(dá)1755的靈敏度，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為48 s和35s。XPS結(jié)果表明，CuCl2配體置換處理的氣體效應(yīng)敏感機(jī)制可能與薄膜中銅離子的引入有關(guān)，利用銅離子在空氣中的水解和熱分解反應(yīng)得到氧化銅，進(jìn)而與n型SnO2之間構(gòu)成異質(zhì)p-n結(jié)，通過(guò)H2S氣氛下異質(zhì)結(jié)轉(zhuǎn)變引起的阻值顯著差異，實(shí)現(xiàn)傳感器件靈敏度的提升。
　　研究結(jié)果可為各類(lèi)氧化物量