分級多孔二氧化錫的制備及其氣敏性能研究.pdf

1、半導體金屬氧化物氣敏材料具有結構簡單、成本低廉、響應回復快、靈敏度高、工藝成熟等優(yōu)點。目前已在環(huán)境污染治理，工業(yè)氣體的監(jiān)控、可燃性氣體、毒性氣體的檢漏報警等領域得到了廣泛的應用?，F(xiàn)階段研究表明分級多孔結構是構建高靈敏度和快速響應的金屬氧化物氣敏材料的理想結構。然而目前對于分級多孔結構氣敏材料的研究依然面對眾多難點和挑戰(zhàn)，如難以合成、結構簡單、種類單一等。這些難點和挑戰(zhàn)極大的制約了分級多孔結構氣敏材料的開發(fā)和應用。鑒于此，本論文擬從PS納

2、米微球模板出發(fā)，通過“引入前驅物—PS微球自組裝—熱處理去模板”的方法，探索合成分級多孔SnO2材料的方法。同時對分級多孔SnO2進行稀土摻雜，分析了分級多孔結構及其組分優(yōu)化（稀土摻雜）對氣敏材料性能的影響，為分級多孔氣敏材料研究和開發(fā)提供了思路和依據(jù)。本論文研究內容如下:
　　(1)以PS微球為模板，通過膠凝膠前驅體浸漬后自組裝（重力沉積）之后熱處理去除模板的方法，成功制備開放式分級多孔結構的SnO2材料，對其進行了XRD、SE

3、M等儀器的分析和表征，同時探索了前驅液濃度、燒結溫度對分級多孔結構的影響。最終確定了合成開放式分級多孔結構SnO2的最佳條件。
　　(2)將制備的分級多孔SnO2材料制作成氣敏元件，利用氣敏測試系統(tǒng)對其進行了氣敏性能分析。系統(tǒng)了研究其對乙醇、丙酮、甲醛、甲醇、異丙醇、苯、甲苯等多種可燃性氣體、有毒氣體的氣體敏感特性。研究結果表明，由于其開放的三維多孔結構，表面開放式結構有利于氣體分子的進入和傳輸，內部分級多孔構造能夠提供大量的反應

4、表面積。開放式分級多孔結構有效的提高了SnO2材料的氣敏性能。以對200ppm的乙醇氣敏測試為例，開放式分級多孔SnO2材料的最佳工作溫度從370℃降低為310℃，氣敏響應值是參比樣的3倍左右，響應恢復時間縮短了4-6s。
　　(3)通過增加稀土元素前驅液浸漬的步驟對分級多孔結構SnO2進行了稀土元素(Ce、La)摻雜，研究了摻雜前后氣敏性能的變化，發(fā)現(xiàn):稀土摻雜顯著的提高了SnO2材料的氣敏性能，提升效果隨摻雜元素、摻雜濃度、氣

5、體種類、工作溫度等不同而不同具體表現(xiàn)為:1)Ce/Sn原子摩爾比為3％的前驅液對分級多孔SnO2的摻雜效果最好，其對丙酮的靈敏度有了顯著提高，對500ppm丙酮響應值在53.6，變?yōu)樵瓉淼?倍左右。同時Ce的摻雜也有利于對乙醇、甲醇、甲醛等氣體的氣敏響應提升。對比摻雜前后最佳工作溫度的變化發(fā)現(xiàn)Ce的摻雜會導致最佳工作溫度有升高或升高的趨勢。2）La/Sn原子摩爾比為5％的前驅液摻雜效果較好，其對乙醇和甲醇的氣敏響應都得到了明顯提升，對5