二氧化锡纳米孔的制备及其性能研究

摘要

宽禁带N型半导体材料二氧化锡以其独特的性能在催化、媒染、配制玻璃等领域得到了广泛的应用。随着纳米技术的快速发展，纳米级二氧化锡功能材料因其独有的光电特性和极好的光敏、气敏性等特点，在太阳能电池、储氢容器材料、气敏传感元器件方面有着巨大的应用前景和市场潜力。因此，纳米级二氧化锡功能材料的制备与性能研究成为当今材料研究领域的热门课题。
　　 本文通过阳极氧化法制备了纳米结构二氧化锡材料，并介绍了二氧化锡纳米半导体材料的表面吸附的性能和机理，利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射图谱(XRD)分析实验样品在外加不同电压、不同实验时间条件下制得二氧化锡纳米孔的微观结构和晶型。通过对比研究了三种阳极氧化的电解液、不同实验条件下，制备的二氧化锡纳米孔的结构特点。通过实验结果可以看出：当电解液为草酸时，所得的SnO2纳米孔的微观结构优于其他两种电解液制备的SnO2纳米孔。通过优化实验条件，得出在外加5V电压下，草酸溶液的浓度为0.5mol/L，阳极氧化5分钟时，可得最佳的二氧化锡纳米孔结构。
　　 本文也就衬底上制备二氧化锡纳米孔进行了初步研究，采用真空蒸镀的方法在玻璃衬底上蒸镀一层锡金属，然后在先前的研究基础上对玻璃衬底上锡金属膜进行阳极氧化，制备二氧化锡纳米孔，以便和MEMS技术相结合，应用在传感器当中。
　　 通过实验数据分析来看，当实验条件为外加5V电压、0.3mol/L的草酸溶液浓度、10分钟的阳极氧化时间所得的样品的效果最好，同纯金属阳极氧化法制得的二氧化锡纳米孔相比，得到的二氧化锡纳米孔的微观结构偏差。
　　 最后，结合二氧化锡敏感膜对半导体气敏传感器的工作原理进行了说明，对本文设计的传感器结构用MEMS物理建模软件Intellisuite进行工艺仿真，确定了实际工艺流程的可行性。

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 纳米半导体材料的概念、性能、应用及制备方法

1.2.1 纳米半导体材料的概念

1.2.2 纳米半导体材料的性能及应用

1.2.3 纳米半导体材料的制备方法

第2章 二氧化锡材料概述

2.1 Sno2纳米材料结构、性能及应用

2.1.1 纳米二氧化锡的结构

2.1.2 Sno2纳米材料的性能

2.1.3 Sno2纳米材料的应用

2.2 纳米孔膜的发展

2.2.1 KHR模型

2.2.2 Murphy模型

2.2.3 Wood等其他模型

2.2.4 二氧化锡纳米孔生成机理

2.3 国内外Sn02纳米材料的研究现状

2.3.1 纳米结构二氧化锡的形貌和微结构研究现状

2.3.2 纳米Sno2的气敏性能研究现状

第3章 二氧化锡纳米孔的制备及表征

3.1 实验装置

3.2 实验所需设备及其仪器

3.3 实验材料

3.4 试验用电解液

3.5 实验条件

3.6 实验结果与讨论

3.6.1 电解液为硫酸钠溶液

3.6.2 电解液为磷酸溶液

3.6.3 电解液为草酸溶液

3.7 本章小结

第4章 玻璃衬底上二氧化锡多孔膜的制备及性能测试

4.1 制备材料需要的试剂及设备

4.2 制备材料的反应过程

4.3 实验制得纳米孔的形貌分析

4.4 气敏性能测试

4.4.1 气敏元件主要性能参数

4.4.2 实验所需仪器和药品

4.4.3 气敏特性测试

4.4.4 稳定性的测试

4.5 本章小结

第5章 二氧化锡气体传感器的结构设计

5.1 半导体气敏传感器的工作原理

5.2 气体吸附理论

5.3 气体传感器结构

5.4 气体传感器工艺模拟

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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