金屬元素?fù)诫s介孔氧化銦的制備及其氣敏性能的研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程隨之加快。人們的物質(zhì)生活水平在逐步提高的同時(shí)，環(huán)境也在日益惡化，因此迫切需要人們對(duì)有毒有害、易燃易爆氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器是一種典型的半導(dǎo)體氣敏傳感器，因其具有靈敏度高、響應(yīng)恢復(fù)速率快、成本較低、易檢測(cè)和便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)成為氣體傳感器研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)純金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的靈敏度不夠高，且選擇性較差，已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)氣敏材料所有氣敏性能的要求。因此，人們需

2、要通過(guò)各種方法來(lái)進(jìn)一步提高氣敏傳感器的氣敏性能，如金屬摻雜、材料多孔化等。本文以高度有序介孔二氧化硅(FDU-12)為硬模板合成介孔氧化銦，通過(guò)金屬元素(Co，Ni，F(xiàn)e和Ce)的摻雜來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)In2O3材料的氣敏特性，探究組成成分、摻雜量以及孔結(jié)構(gòu)對(duì)In2O3半導(dǎo)體傳感器氣敏性能的影響，主要內(nèi)容如下：
　?。?）通過(guò)二次浸漬法合成介孔In2O3和不同Co含量(1％mol、3%mol、5%mol和7%mol)摻雜的In2O3納米

3、球，并研究Co元素?fù)诫s和摻雜量對(duì)晶體結(jié)構(gòu)、形貌和氣敏性能的影響。結(jié)果表明Co元素?fù)诫s抑制In2O3納米球晶粒的生長(zhǎng)，并進(jìn)入氧化銦的晶格中。Co元素?fù)诫s顯著增強(qiáng)了介孔In2O3納米球氣敏元件對(duì)乙醇?xì)怏w的敏感特性。在Co元素?fù)诫s的四種氣敏元件中，3%mol Co摻雜In2-xCoxO3納米球傳感器表現(xiàn)出最高的靈敏度，在350℃的工作溫度下對(duì)100ppm乙醇的靈敏度為114，響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間為17s/45s，同時(shí)表現(xiàn)出較好的選擇性和穩(wěn)定性。

4、r>　?。?）通過(guò)二次浸漬法合成不同Ni含量(1%mol、3%mol、5%mol和7%mol)摻雜的In2O3納米球，并對(duì)其氣敏性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，Ni元素的摻雜也顯著增強(qiáng)了介孔In2O3納米球氣敏元件對(duì)乙醇?xì)怏w的敏感特性。Ni元素的最佳摻雜含量為1%mol，在最佳工作溫度350℃時(shí)，對(duì)100ppm乙醇?xì)怏w的靈敏度為126，響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間為15s/49s，同時(shí)表現(xiàn)出良好的選擇性和穩(wěn)定性。
　?。?）通過(guò)一次浸漬法合不同F(xiàn)e含量

5、(1%mol、3l%mol、5%mol和7%mol)摻雜的In2O3納米球。結(jié)果表明，一次浸漬法合成的Fe-In2O3納米球比表面積大幅度增加，氣敏性能也顯著增強(qiáng)。5%mol Fe摻雜濃度的In2O3納米球氣敏元件靈敏度最高。在350℃的工作溫度下對(duì)100ppm乙醇?xì)怏w的靈敏度為133，響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間為15s/55s，同時(shí)對(duì)乙醇表現(xiàn)出良好的選擇性，但穩(wěn)定性相對(duì)較低。
　　（4）通過(guò)二次浸漬法合成不同Ce含量(1%mol、3l%mo

6、l、5%mol和7%mol) 摻雜的In2O3納米球，并對(duì)其氣敏性能進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，與純In2O3氣敏傳感器相比，Ce的摻入不但顯著提高了對(duì)乙醇的敏感特性，加快了氣敏響應(yīng)速率，還降低工作溫度。In2-xCexO3氣敏元件最佳工作溫度為330℃，最佳摻雜量為3%mol，在最佳工作溫度下對(duì)100ppm乙醇?xì)怏w的靈敏度為146，響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間為14s/40s，同時(shí)對(duì)乙醇表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性和穩(wěn)定性。介孔In2-xCexO3納米球