溶解热解法制备锡、锌氧化物及气敏性能研究

摘要

现代社会里，工业废气、汽车尾气的大量排放，家庭液化石油气、煤气、天然气的普遍使用，不仅严重污染大气，破坏生态环境，而且有产生爆炸、火灾、使人中毒等危害人类身体健康的隐患。为对各种有害气体及时预报、监测、报警，气敏材料的研究已引起了人们的极大兴趣。纳米氧化物系列半导体气敏材料一直是气敏传感器研究的热点。随着使用要求的提高，研究发现一些具有特殊结构的复合氧化物，比单一氧化物有更好的灵敏度和选择性。因此，通过掺杂或复合技术改进简单氧化物气敏性能的研究成为传感器领域的研究热点。 本文采用溶解.热解法制备了SnO2、ZnO、ZnSnO3，用不同酸采用溶解-热解法制备了ZnSnO3，研究发现：不同的氧化物和用不同酸制备出同一复合氧化物具有不同的气敏性能。具体结果如下： 一、采用草酸溶解.热解法制备锡氧化物，通过TG-DTA、XRD、TEM、SEM等表征手段对材料进行了表征，发现各煅烧温度粉体均属四方相SnO2结构。研究其气敏性能，发现800℃煅烧所得粉体性能最佳，颗粒的大小约为25nm。225℃为材料的最佳工作温度，10ppm Cl2时灵敏度达7，选择性好，有望进一步开发为应用前景良好的Cl2气体传感器。 二、采用柠檬酸溶解-热解法制备ZnO粉体，在500℃、600℃、700℃、800℃煅烧，粉体均属六方相的颗粒。采用该法制备的粉体为六方相的ZnO颗粒，粉体粒径小。发现600℃煅烧粉体所制原件性能最好，在最佳工作温度225℃时，对100ppm NO2灵敏度达到52.19，在10ppm也高达8.07，元件具有强的抗干扰能力，选择性很好，并且该条件下响应时间短，仅有3s。因此该材料有望开发为检测NO2气敏元件。 三、采用草酸溶解-热解法制备Sn、Zn复合氧化物，700℃、800℃煅烧产物为钙钛矿结构ZnSnO3。600℃煅烧产物为SnO2/ZnO。测试其气敏性能，结果表明：煅烧温度为700℃制备出的ZnSnO3材料，在175℃时，对50ppm H2S灵敏度为53，响应较好。对50ppm乙醇，灵敏度为47，响应恢复均好。工作温度为225℃时，对50ppm乙醇有较好的选择性。600℃煅烧温度的材料对50ppm乙醇灵敏度为40.51，对其它气体选择性系数均大于20，可以用来检测环境中的乙醇气体。进一步研究开发可实现同一种材料在不同工作温度下检测不同的气体。 四、采用柠檬酸溶解-热解法和酒石酸溶解-热解法制备复合氧化物ZnSnO3。结果发现，采用柠檬酸溶解热解.法制备的产物，在600℃、700℃煅烧产物为ZnSnO3。600℃煅烧粉体在200℃时对50ppm H2S的灵敏度为27.13，此时元件除对汽油和Cl2选择性差外，对其它气体都有较好的选择性。500℃、700℃煅烧产物选择性差。采用酒石酸溶解-热解法制备的产物，600℃、700℃、800℃煅烧产物分别为：ZnSnO3、SnO2/ZnSnO3ZnO/ZnSnO3。对50ppmH2S，700℃煅烧粉体在工作温度300℃时灵敏度达到24.87，响应恢复良好；在工作温度200℃时粉体对50ppm汽油的响应恢复好。对50ppm汽油，600℃、800℃煅烧粉体最佳工作温度为200℃，灵敏度依次为10.53、6.32。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题来源

1.2选题背景与目的意义

1.3气敏传感器的工作原理和类型

1.3.1气敏传感器的工作原理

1.3.2半导体气体传感器的类型

1.4气敏传感器研究进展与应用

1.4.1气敏传感器研究进展

1.4.2气体传感器的应用

1.5半导体气体传感器响应特性的改进

1.5.1降低敏感材料的颗粒尺寸

1.5.2使用特效催化剂和添加剂

1.5.3控制气体传感器的工作温度

1.5.4开发新原理的气敏传感器

1.5.5元件的集成化、薄膜化

1.6锡、锌氧化物及复合氧化物的制备方法

1.6.1固相法

1.6.2液相法

1.6.3气相法

1.7气敏机理

1.8展望

1.9本论文的研究思路及创新点

1.9.1本论文的研究思路

1.9.2本论文的创新点

第二章SnO2的草酸溶解热解法制备、表征及气敏性能研究

2.1仪器和试剂

2.1.1主要仪器

2.1.2主要试剂

2.2样品的制备

2.3样品的表征和测量

2.4气敏元件的制作

2.5气敏性能的测试

2.6结果与讨论

2.6.1样品的TG-DTA分析

2.6.2样品的XRD测试

2.6.3样品的SEM分析

2.6.4材料的TEM分析

2.6.5气敏性能研究

2.7本章小结

第三章溶解热熔法制备氧化锌及其气敏性研究

3.1仪器和试剂

3.1.1主要仪器：

3.1.2主要试剂

3.2 ZnO材料的制备

3.3 ZnO材料的表征

3.4气敏元件的制作

3.5气敏性能的测试

3.6结果与讨论

3.6.1样品的TG-DTA分析

3.6.2材料的XRD分析

3.6.3材料的TEM分析

3.6.4材料的气敏性能

3.6.5元件的响应恢复特性

3.7本章小结

第四章草酸溶解热解法制备Sn,Zn复合氧化物及其气敏性能研究

4.1仪器和试剂

4.1.1主要仪器

4.1.2主要试剂

4.2材料的制备

4.3材料的表征

4.4气敏元件的制作

4.5气敏性能的测试

4.6结果与讨论

4.6.1样品的TG-DTA分析

4.6.2样品的XRD分析

4.6.3样品的SEM分析

4.6.4气敏性能研究

4.7本章小结

第五章不同酸溶解-热解法制备Sn,Zn复合氧化物及其气敏性能研究

5.1仪器和试剂

5.1.1主要仪器：

5.1.2主要试剂：

5.2材料的制备

5.3材料的表征

5.4气敏元件的制作

5.5气敏性能的测试

5.6结果与讨论

5.6.1材料的XRD分析

5.6.2材料的SEM分析

5.6.3材料的TEM分析

5.6.4材料的气敏性能

5.6本章小结

第六章结论

参考文献

攻读学位期间的科研成果

致谢