氧化铟纳米材料的结构调控及其气敏性能研究

发布时间：2020-06-03 01:20

【摘要】：氧化铟(In2O3)是一种典型的n型半导体气敏材料,如何有效地提高In203材料的气敏性能是科研人员长期关注和研究的热点。影响材料气敏性能的主要因素有结构和化学组成两方面。结构和化学组成通过影响材料的传导层和表面化学吸附氧含量来影响其气敏性能的。氢气处理可以调控In203的缺陷结构从而改变材料的载流子迁移率和浓度,有利于形成更多的化学吸附氧。本文通过制备不同时间氢气处理In2O3纳米粒子和不同过渡金属元素(Ni、Cu、Zn)掺杂花状In2O3材料,研究了材料的体相和表面缺陷结构对气敏性能的影响。具体内容如下:1、制备了不同时间氢气处理的In2O3纳米粒子并对其气敏性能进行了研究,结果表明氢气处理能够提高In2O3纳米粒子对甲醛气体的响应。In2O3-H10在230℃时对100 ppm甲醛的气体响应值为80,高于未经过氢气处理的In2O3。材料的表征结果表明,氢气处理增加了In2O3-H10纳米粒子的体相氧空位(VO)含量,改变了材料的载流子迁移率和浓度,有利于材料表面更多化学吸附氧的形成,从而提高了其对甲醛的气敏响应。同时也为理解表面或体相VO对气敏性能的影响提供了一些新的见解。2、通过水热法制备了不同元素(Ni、Cu、Zn)及不同含量(1%、3%、5%)掺杂的花状In2O3材料,用以研究元素掺杂对体相VO及气敏性能的影响。研究其气敏性能发现:不同元素掺杂的最佳掺杂量、最佳工作温度和气敏响应值不同。与纯的花状In2O3相比,低价元素掺杂明显地提高其对甲醛气体的响应值,且Zn掺杂降低了甲醛的工作温度。
【图文】：

米棒、纳米片、纳米花等，己经通过不同的方法合成并应用于气敏传感器。Ｚｈａｎｇ逡逑等人［１４］通过水热／溶剂热法合成了包括纳米片基微米花，纳米粒子基纳米棒和混逡逑合六方和立方双相的纳米粒子的Ｉｍ0３微／纳米结构（图１－１），并提出了溶剂的极逡逑性是决定产物相和形态的重要因素的生长机理。气敏性能测试结果表明，微米花、逡逑纳米棒和纳米粒子的最佳工作温度均为１５０邋°Ｃ，但微米花的气敏响应值却远高于逡逑纳米棒和纳米粒子，如图１－２所示。逡逑■■■■逡逑图１－１样品的ＳＥＭ图：（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）纳米片基Ｉ１１２Ｏ３微米花，，（ｅ，ｆ）纳米颗粒基纳米棒，逡逑（ｇ）纳米颗粒，（ｈ）微球［１４］逡逑Ｆｉｇ．１－１邋ＳＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓａｍｐｌｅｓ：邋（ａ，邋ｂ，邋ｃ，邋ｄ）邋ｎａｎｏｓｈｅｅｔ－ｂａｓｅｄ邋Ｉｎ２0３邋ｍｉｃｒｏｆｌｏｗｅｒｓ，邋（ｅ，邋ｆ）逡逑ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ－ｂａｓｅｄ邋ｎａｎｏｒｏｄｓ，邋（ｇ）邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，邋（ｈ）邋ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ邋ｔｌ４］．逡逑？逦一0一ｉｍｃｒｏｌｌｏｗｅｒ＾逡逑一＾一ｎａｎｏｍｄｊｉ逡逑Ｖ－邋＼逡逑Ｉ邋■邋／逦＼逡逑ＩＩ逦－ｕ逦？逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逡逑＊逦Ｉ逦１邋Ｉ逦１逦＼邋１邋！逦１逡逑ｉｓｏ逦ｍ逦ｉｓｏ邋Ｍｍ逡逑（＞｜＞ｅｎｉｌｉｉｉｇ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋（＾Ｃ）逡逑图１－２邋ｌｎ２０３微米花

逑Ｌｉ等人通过化学气相沉积法（ＣＶＤ）合成了纳米线、纳米带、纳米管和逡逑纳米颗粒等多种形态的Ｉｍ0３纳米结构（图１－３），并测试了材料对乙醇的气敏性逡逑能，结果如图１－４所示。与纳米线、纳米带、纳米管和未处理过的Ｉｍ0３材料相逡逑—逡逑图ｌ－３ＩｎＮ前驱体和相应的ｌｎ２０３产物的ＳＥＭ图像：（ａ），邋（ｃ），邋（ｅ）和（ｇ）分别是ＩｎＮ纳逡逑米线，纳米带，纳米管和纳米颗粒；（ｂ），邋（ｄ），邋（ｆ）和（ｈ）分别是相应的ｌｎ２０３产物［１３］。逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋ＳＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＩｎＮ邋ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ邋Ｉｎ２0３邋ｐｒｏｄｕｃｔｓ，邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，邋（ａ），逡逑（ｃ），邋（ｅ）邋ａｎｄ邋（ｇ）邋ａｒｅ邋ＩｎＮ邋ｎａｎｏｗｉｒｅｓ，邋ｎａｎｏｂｅｌｔｓ，邋ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，邋ａｎｄ邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；邋（ｂ），邋（ｄ），逡逑（ｆ）邋ａｎｄ邋（ｈ）邋ａｒｅ邋ｔｈｅ邋ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ邋Ｉ１１２Ｏ３邋ｐｒｏｄｕｃｔｓ邋［１３］．逡逑逦邋逦ｊ逦；逦ｒ＼逡逑ｐｐＨｆｌ逦於邋｜邋一ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｉｃｓ邋｜逦＊逡逑２－５＇逦５００？ｐ？ｆ＾＞，ｎ＾逦３0．｜邋－＾－ｎａｎｏｂｃｌｔｓ逡逑ｒＣ逦Ｉ逦ｎａｎｏｗｉｒｅｓ逡逑、２．０－逦２５－１逦ｎａｎｏｔｉｉｂｅｓ逡逑＾逦２５０ｐｐｗ逦５Ｓ逦ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ邋？逡逑ｉ邋－邋－ＰＰ？ｎ邋ｆ２０．…＂逦Ｚ，，—逡逑＞邋．．．逦５0ＰＰ？ｆ＇ｌ逦１逦１５＇逦／＾Ｘ
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TQ133.53

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本文编号：2694071