納米二氧化錫氣敏薄膜的研究.pdf

1、用二氧化錫材料制備的氣體傳感器因具有靈敏度高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、機(jī)械性能良好、可直接輸出電信號(hào)等優(yōu)點(diǎn),早已獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著氣體傳感器市場(chǎng)需求的不斷發(fā)展,除了需要進(jìn)一步研制氣敏性能優(yōu)異的傳感器外,傳感器的小型化、集成化也是十分必要的。為了便于氣體傳感器的小型化和集成化,薄膜型氣體傳感器是研究的重點(diǎn)。本文以納米二氧化錫薄膜為基礎(chǔ),嘗試從摻雜改性和改變薄膜微結(jié)構(gòu),這兩個(gè)方面來(lái)改善其氣敏性能。本文的主要研究?jī)?nèi)

2、容與結(jié)果如下:
　　以氯化亞錫為原料,采用了溶膠-凝膠浸漬提拉法制備了納米二氧化錫薄膜。所得薄膜由平均粒徑為25.9nm的具有四方相金紅石結(jié)構(gòu)的二氧化錫晶粒組成。薄膜在氧化鋁基片上是連續(xù)的,僅存在少量裂紋和孔洞。通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試其對(duì)硫化氫的氣敏性能,發(fā)現(xiàn):其靈敏度隨著硫化氫氣體濃度的增加而非線性增大;其對(duì)硫化氫的靈敏度隨著工作溫度的上升,先增后降,最佳工作溫度為100℃。
　　為了進(jìn)一步提高納米二氧化錫薄膜對(duì)硫化氫的靈敏度,降低

3、氣敏薄膜的工作溫度,在二氧化錫中分別摻入了CuO、NiO、Bi2O3三種P型金屬氧化物半導(dǎo)體。實(shí)驗(yàn)表明僅摻入1at％的Cu2+、Ni2+、Bi3+,就可以極大的提高納米二氧化錫薄膜對(duì)硫化氫的靈敏度,而且氣敏薄膜的最佳工作溫度也由不摻雜時(shí)的100℃下降到75℃。P型金屬氧化物半導(dǎo)體的摻雜量會(huì)影響納米薄膜氣敏元件對(duì)硫化氫的靈敏度?？傮w來(lái)說(shuō),摻雜量為2at%的CuO-SnO2納米薄膜氣敏元件的靈敏度最高,其在75℃的工作溫度下,對(duì)68.5pp

4、m硫化氫氣體的靈敏度為1220。
　　摻雜P型金屬氧化物半導(dǎo)體,雖然極大地提高了納米二氧化錫氣敏薄膜對(duì)硫化氫的靈敏度,降低了最佳工作溫度,但并未改善氣敏薄膜的恢復(fù)特性。因已有研究表明多孔結(jié)構(gòu)可縮短氣敏元件的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間,故嘗試以含碳多聚糖微球?yàn)樵炜讋?制備了大孔納米二氧化錫薄膜。相比普通納米二氧化錫薄膜元件,大孔納米二氧化錫薄膜元件對(duì)硫化氫氣體的靈敏度略有提高,響應(yīng)時(shí)間略有縮短,恢復(fù)時(shí)間得到了極大的改善。
　　根據(jù)二氧化錫氣