復(fù)合-摻雜金屬氧化物納米晶的機(jī)械化學(xué)合成及氣敏性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體金屬氧化物納米材料具有特殊的物理、化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于環(huán)保、催化、醫(yī)學(xué)、陶瓷、化工、軍事、光電材料等領(lǐng)域。研究納米材料制備和應(yīng)用的納米技術(shù)將成為本世紀(jì)前20年的主導(dǎo)技術(shù)。納米材料的制備作為納米材料研究的前提，已經(jīng)引起了廣大研究者的極大關(guān)注，并且取得很大進(jìn)展。不同的合成方法直接影響材料的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而決定材料的性能。機(jī)械化學(xué)法是合成納米材料非常有效的方法，因?yàn)樗性S多優(yōu)點(diǎn)，如反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)單、時(shí)間短、能耗低、易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、產(chǎn)品質(zhì)量高，粒

2、度分布均勻等。 本論文采用機(jī)械化學(xué)法制備In<，2>O<，3>、CdO、In<,2>O<，3>／CuO、CO<，3>O<,4>/CuO、In<,2>O<,3>／SnO<,2>和CdO／SnO<,2>系列復(fù)合／摻雜金屬氧化物納米晶材料。以金屬氯化物和Na<,2>CO<，3>(NaOH)為原料，按一定的比例混合，加入適量的NaCI作為稀釋劑，在機(jī)械力的作用下誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)，得到前驅(qū)體，然后進(jìn)一步熱處理，發(fā)生氧化或分解反應(yīng)生成氧化物

3、，最后洗滌、烘干即得產(chǎn)品。采用XRD、TG、DTA、。TEM、SEM、XPS、EDAX等對(duì)合成的復(fù)合／摻雜金屬氧化物進(jìn)行表征和檢測(cè)，并制作厚膜燒結(jié)型氣敏元件，采用靜態(tài)配氣法進(jìn)行性能測(cè)試，并與單一SnO<,2>的氣敏性能比較。研究結(jié)果表明：反應(yīng)產(chǎn)物NaCI作為稀釋劑，可有效的防止顆粒團(tuán)聚，合成的系列復(fù)合／摻雜金屬氧化物的晶粒尺寸集中在20~50nm，且晶粒尺寸隨焙燒溫度的升高而增大，不同的摻雜物種和摻雜量對(duì)晶粒尺寸和晶格常數(shù)的影響不同，當(dāng)

4、摻雜材料比主體材料的離子半徑大時(shí)，主體材料的晶格常數(shù)呈增大趨勢(shì)。SnO<,2>基氣敏元件的靈敏度隨測(cè)試氣體濃度的增加而提高，復(fù)合／摻雜其它氧化物將使靈敏度明顯增大，10wt％CdO／SnO<,2>的整體性能優(yōu)于30wt％CdO／SnO<,2>；在酒精(1000ppm)、丙酮(1000ppm)、汽油(2OOOppm)和氫氣(2OOOppm)的氣氛中，10wt％CdO／SnO<,2>的靈敏度分別為276.9、95.4、68.7和36.3，比

5、SnO<,2>分別提高了5.3、2.1、5.7和14.5倍，酒精對(duì)甲烷的選擇性高達(dá)131.8，比SnO<,2>提高了近3倍，對(duì)2OOppm的酒精響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為1s和5s。 本論文利用Kissinger和Ozawa法計(jì)算了金屬氧化物晶化過(guò)程活化能，建立了晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算得晶粒生長(zhǎng)活化能在10-100kJ／mol，表明熱處理過(guò)程的晶粒長(zhǎng)大主要以晶界擴(kuò)散為主。還分析了機(jī)械力作用下的碰撞、能量轉(zhuǎn)移、表面缺陷和局部升溫等機(jī)械