Eu离子掺杂的氧化铟、氧化锡纳米带气敏特性研究

发布时间：2017-09-02 15:30

  本文关键词：Eu离子掺杂的氧化铟、氧化锡纳米带气敏特性研究

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【摘要】：在金属氧化物半导体材料中,氧化铟和氧化锡都属于一种n型金属氧化物半导体材料,拥有较大的禁带宽度,分别为2.9eV和3.6eV。在不同条件下它们都具有良好的化学、热力学稳定性及气敏特性,被广泛应用于传感器领域,以检测易燃易爆、有毒气体等。而纳米带具有较大的体表面积比、良好的晶体结构和电子输运性质,使得纳米带在气体传感器应用方面有突出的表现。为了获得更高的气敏响应和气敏选择性,掺杂稀土元素,利用其特殊的物理化学性质及催化特性,是实现这一目的的有效途径。目前,对铕元素掺杂纳米材料的研究都集中在它们的形态或光学特征的研究,研究铕掺杂氧化铟和氧化锡单根纳米带传感器的研究还未见报告,对其气敏特性进行系统的研究具有重要的应用价值。本文使用热蒸发法分别制备了纯净氧化铟和氧化锡以及铕掺杂的氧化铟和氧化锡纳米带,利用一系列的仪器对获得的纳米带进行了形貌、微结构以及成分组成的表征,并研究其生长机理。在此基础上,利用双离子束沉积系统制备单根纳米带传感器,然后研究传感器的气敏响应特性。实验发现,所得的四种纳米材料拥有规则的形状,光滑的表面以及极薄的厚度,且铕掺杂的纳米带宽度要比纯净纳米带大。测试结果表明:铕掺杂氧化铟传感器在260°C时对100ppm浓度的硫化氢响应为6.15,是纯净氧化铟传感器的响应(1.77)的3.47倍;单根铕掺杂氧化锡传感器在210°C时对100ppm浓度的丙酮的响应为8.56,是纯净氧化铟传感器响应(1.36)的6.29倍。所测试的传感器对气体的响应恢复时间约为15s,而且电阻在实验结束后均能恢复初始值,表明传感器具有良好的可重复性和稳定性。比较所测试的气敏传感器的气敏性能,发现铕掺杂极大的提升了氧化铟和氧化锡纳米带的气敏性质。而铕掺杂氧化铟和氧化锡传感器分别具备检测硫化氢和丙酮气体的能力,为有毒有害气体的检测提供新的材料和器件。
【关键词】：铕掺杂 氧化铟纳米带 氧化锡纳米带 气体传感器
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TN304.21
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 绪论10-27
• 1.1 纳米材料概论10
• 1.2 纳米材料的发展10-11
• 1.3 纳米材料的分类11-15
• 1.3.1 根据纳米材料的属性分类11-13
• 1.3.2 根据纳米材料的功能分类13-14
• 1.3.3 根据纳米材料的形态分类14-15
• 1.3.4 根据纳米材料的来源分类15
• 1.4 纳米材料的性能15-17
• 1.4.1 小尺寸效应16
• 1.4.2 表面效应16
• 1.4.3 量子隧穿效应16
• 1.4.4 介电限域效应16-17
• 1.5 纳米材料的制备17-19
• 1.5.1 气相法17-18
• 1.5.2 液相法18
• 1.5.3 固相法18-19
• 1.6 纳米材料的应用19-22
• 1.6.1 环境产业的应用20
• 1.6.2 生物医学的应用20
• 1.6.3 能源产业的应用20-21
• 1.6.4 信息产业的应用21
• 1.6.5 化工产业的应用21-22
• 1.7 气体传感器22-24
• 1.7.1 气体传感器简介22
• 1.7.2 气体传感器分类22-23
• 1.7.3 半导体气敏传感器23-24
• 1.8 本文的研究目的及内容24-27
• 1.8.1 研究目的24-25
• 1.8.2 研究内容25-27
• 第2章 氧化铟纳米带的制备及性能研究27-41
• 2.1 引言27-28
• 2.1.1 研究意义27-28
• 2.1.2 研究内容28
• 2.2 氧化铟纳米带的制备28-31
• 2.2.1 实验设备28-29
• 2.2.2 实验方法29-30
• 2.2.3 实验生长机理30-31
• 2.3 氧化铟纳米带的表征31-34
• 2.3.1 形貌的表征32
• 2.3.2 微结构的表征32-33
• 2.3.3 成分的表征33-34
• 2.4 氧化铟纳米带的性能34-39
• 2.4.1 单根纳米带传感器34-35
• 2.4.2 传感器检测设备35
• 2.4.3 传感器电学性质35-36
• 2.4.4 传感器响应度36-37
• 2.4.5 传感器响应恢复时间37-38
• 2.4.6 传感器理论阈值38-39
• 2.4.7 传感器工作机理39
• 2.5 本章总结39-41
• 第3章 Eu离子掺杂氧化铟纳米带的制备及性能研究41-50
• 3.1 引言41
• 3.1.1 研究意义41
• 3.1.2 研究内容41
• 3.2 Eu~(3+)掺杂氧化铟纳米带的制备41-42
• 3.3 Eu~(3+)掺杂氧化铟纳米带的表征42-44
• 3.3.1 形貌的表征42
• 3.3.2 微结构的表征42-43
• 3.3.3 成分的表征43-44
• 3.4 Eu~(3+)掺杂氧化铟纳米带的性能44-48
• 3.4.1 传感器电学性质45
• 3.4.2 传感器响应度45-46
• 3.4.3 传感器响应恢复时间46-47
• 3.4.4 传感器理论阈值47
• 3.4.5 Eu~(3+)对气敏性能的提升机理47-48
• 3.5 本章总结48-50
• 第4章 Eu离子掺杂氧化锡纳米带的制备及性能研究50-62
• 4.1 引言50-51
• 4.1.1 研究意义50-51
• 4.1.2 研究内容51
• 4.2 Eu~(3+)掺杂氧化锡纳米带的制备51
• 4.3 Eu~(3+)掺杂氧化锡纳米带的表征51-56
• 4.3.1 形貌的表征52-53
• 4.3.2 微结构的表征53-54
• 4.3.3 成分的表征54-56
• 4.4 Eu~(3+)掺杂氧化锡纳米带的性能56-61
• 4.4.1 传感器电学性质57-58
• 4.4.2 传感器响应度58-59
• 4.4.3 传感器响应恢复时间59
• 4.4.4 传感器理论阈值59-60
• 4.4.5 传感器工作机理60-61
• 4.5 本章总结61-62
• 第5章 论文总结与研究设想62-65
• 5.1 论文总结62-64
• 5.2 研究设想64-65
• 参考文献65-72
• 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果72-73
• 致谢73

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