復合-摻雜金屬氧化物納米晶的機械化學合成及氣敏性能研究.pdf

1、半導體金屬氧化物納米材料具有特殊的物理、化學性能，廣泛應用于環(huán)保、催化、醫(yī)學、陶瓷、化工、軍事、光電材料等領域。研究納米材料制備和應用的納米技術將成為本世紀前20年的主導技術。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注，并且取得很大進展。不同的合成方法直接影響材料的微觀結(jié)構，進而決定材料的性能。機械化學法是合成納米材料非常有效的方法，因為它有許多優(yōu)點，如反應過程簡單、時間短、能耗低、易實現(xiàn)工業(yè)化、產(chǎn)品質(zhì)量高，粒

2、度分布均勻等。 本論文采用機械化學法制備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，在機械力的作用下誘發(fā)化學反應，得到前驅(qū)體，然后進一步熱處理，發(fā)生氧化或分解反應生成氧化物

3、，最后洗滌、烘干即得產(chǎn)品。采用XRD、TG、DTA、。TEM、SEM、XPS、EDAX等對合成的復合／摻雜金屬氧化物進行表征和檢測，并制作厚膜燒結(jié)型氣敏元件，采用靜態(tài)配氣法進行性能測試，并與單一SnO<,2>的氣敏性能比較。研究結(jié)果表明：反應產(chǎn)物NaCI作為稀釋劑，可有效的防止顆粒團聚，合成的系列復合／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晶粒尺寸和晶格常數(shù)的影響不同，當

4、摻雜材料比主體材料的離子半徑大時，主體材料的晶格常數(shù)呈增大趨勢。SnO<,2>基氣敏元件的靈敏度隨測試氣體濃度的增加而提高，復合／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，酒精對甲烷的選擇性高達131.8，比SnO<,2>提高了近3倍，對2OOppm的酒精響應和恢復時間分別為1s和5s。 本論文利用Kissinger和Ozawa法計算了金屬氧化物晶化過程活化能，建立了晶粒生長動力學方程，計算得晶粒生長活化能在10-100kJ／mol，表明熱處理過程的晶粒長大主要以晶界擴散為主。還分析了機械力作用下的碰撞、能量轉(zhuǎn)移、表面缺陷和局部升溫等機械