ZnO掺杂TiO2厚膜的sol-gel法制备及气敏特性研究

摘要

TiO2是宽禁带N型金属氧化物半导体材料，禁带宽度为3.2eV，晶粒尺寸介于1～100nm。纳米TiO2气敏材料粒径小，比表面积大，相对气体阻抗变化大等优点，提高了TiO2气敏传感器的灵敏度，改善了气敏传感器的性能，在各种传感器、太阳能电池、光催化环境监测等领域有重要的应用前景。目前，气敏传感器的发展趋势集中表现为：提高灵敏度和稳定性，降低功耗和成本，缩小尺寸。
　　本文采用sol-gel法制备纳米TiO2，利用钛酸丁酯与无水乙醇的水解-缩聚反应制备了纳米TiO2胶体，通过最佳掺杂理论的指导制备出了未掺杂的TiO2、2wt％ZnO-TiO2、4wt%ZnO-TiO2以及6wt%ZnO-TiO2四种不同掺杂量的样品粉末，并分别在马弗炉中进行500℃、700℃、900℃退火温度的处理，通过XRD、SEM等检测手段对其物相、结构和表面微观形貌等进行了分析研究。利用涂覆法将制备的纳米粉末涂抹在Al2O3陶瓷管上制备了旁热式气敏元件。通过气敏元件测试系统对不同气体的气敏特性进行了检测，重点研究了ZnO的掺杂量、退火温度对TiO2气敏元件的灵敏度、选择性和响应-恢复时间的影响。结果表明：ZnO的掺杂有效抑制了TiO2晶粒的生长，随着掺杂浓度的提高，TiO2结晶粒径在逐渐减小，于700℃退火、w(ZnO)=4wt%的ZnO-TiO2的结晶粒径为15.9nm；制备的TiO2气敏元件对氨水蒸汽表现出了单一选择性，对氨气的最高灵敏度达到9354左右，响应和恢复时间均为1s。

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第一章 绪论

§1-1引言

§1-2 TiO2的晶体结构及性质

§1-3 薄膜的形成与生长

§1-4气敏传感器研究现状与进展

§1-5 本论文的主要研究内容

第二章 实验原理与测试方法

§2-1 TiO2的制备方法

§2-2 本课题的实验测试方法

§2-3 本章小结

第三章 ZnO掺杂TiO2厚膜的溶胶-凝胶法制备

§3-1 ZnO掺杂TiO2厚膜材料的最佳掺杂含量

§3-2 ZnO掺杂TiO2厚膜的制备

§3-3 工艺条件对成膜的的影响

§3-4 本章小结

第四章 ZnO掺杂对TiO2厚膜气敏性能的影响

§4-1 ZnO掺杂TiO2厚膜的结构和形貌

§4-2 气敏特性分析

§4-3 气敏机理的研究

§4-4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果