摘要: 金属氧化物半导体气体传感器具有成本低廉、消耗功率少、制作工艺简单、兼容性强,对氧化性和还原性气体均有较高的灵敏度等优点,在环境监控、工业生产、国家安全、公共安全等领域可燃性气体和毒性气体的检漏报警方面得到了广泛的应用。而纳米技术在半... 展开 金属氧化物半导体气体传感器具有成本低廉、消耗功率少、制作工艺简单、兼容性强,对氧化性和还原性气体均有较高的灵敏度等优点,在环境监控、工业生产、国家安全、公共安全等领域可燃性气体和毒性气体的检漏报警方面得到了广泛的应用。而纳米技术在半导体气体传感器中的应用,有望解决金属氧化物半导体气体传感器中长期存在的一些问题。本文首先对纳米材料的概念、种类以及性质进行了概述,然后又介绍了气体传感器的原理,现状,技术指标以及在各方面的应用,并且对气体传感器的基体—气敏材料的制备方法、研究现状及发展方向做了较为详细的综述。在此基础上,系统地研究了用单源前驱体溶剂热法制备In2O3纳米材料的基本规律、特点及影响因素。我们成功合成了各种形貌的In2O3纳米材料,在一定程度上实现了纳米In2O3尺寸和形貌的控制合成,用XRD、SEM、FESEM、TEM、HRTEM、SAED等手段对产物进行了表征,研究了纳米材料的光学性质和气敏性能。 1.采用溶剂热法,以In(acac)3·H2O(acac-=乙酰丙酮基负离子)为单源前驱体,以乙二醇为溶剂,先制得In(OH),3片状结构,后经过进一步的煅烧成功保持其原有形貌,合成了立方相的In2O3纳米片。In2O3纳米片的厚度小于6 nm,边长为20-50 nm,表面归属于{110}晶面,并且具有多孔结构。紫外.可见吸收光谱显示In2O3纳米片属于半导体,带隙为3.1 eV。气敏测试结果表明In2O3纳米片具有很好的气敏性能,尤其对乙醇有很高的选择性和灵敏度。 2.采用溶剂热法,以In(acac)3·H2O为单源前驱体,以乙二胺为溶剂,通过改变时间、表面活性剂等反应条件,成功地合成了In2O3介孔纳米球。研究了反应时间、表面活性剂对产物形状和尺寸的影响。In2O3介孔纳米球的直径在80-100 nm,形状规则,大小均匀,球体由很多大小约5 nm的纳米粒子组成,形成规则的花状结构,球的衷面看起来比较疏松,并分布有很多小孔,孔径在3 nm左右。紫外-可见吸收光谱显示In2O3介孔纳米球是直接带隙半导体,带隙为3.1eV。气敏测试结果表明In2O3介孔纳米球具有良好的气敏性能,对丁醇有较高的选择性和灵敏度。 3.采用溶剂热法,以In(acac)3·H2O为单源前驱体,以乙二胺为溶剂,成功地合成了掺杂金属Sr、Fe和Bi的In2O3空心球。用XRD、SEM、TEM等手段对产物进行了表征,结果表明金属元素Sr、Fe能很好地掺杂进In2O3的晶格结构。气敏测试结果表明掺杂能够改变In2O3的气敏性质,掺杂Sr的In2O3空心球对正丁醇具有很好的响应,在5 ppm这么低的浓度时,Rair/Rgas值达到了10,这说明该材料对正丁醇有很高的灵敏度,具有潜在的应用价值。 收起