在半導(dǎo)體金屬氧化物中,SnO₂因其帶隙大、優(yōu)異的電子遷移率以及優(yōu)異的穩(wěn)定性而在氣敏應(yīng)用中得到了廣泛的研究。已經(jīng)有多種方法將其合成為有用的納米結(jié)構(gòu)形貌,如納米片、納米花、量子點(diǎn)等,以調(diào)整其氣敏性能。盡管有多種結(jié)構(gòu)選擇,基于SnO₂的化學(xué)傳感器仍然缺乏對(duì)氣體的響應(yīng)和對(duì)干擾氣體分子的準(zhǔn)確識(shí)別選擇性,應(yīng)用因而受到限制。復(fù)合金屬氧化物比單一金屬氧化物具有更好的性質(zhì),具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)性能,應(yīng)用極為廣泛。本文首次報(bào)道了復(fù)合金屬氧化物CdSnO₃作為一種新型的氣敏材料可應(yīng)用于硫化氫氣體的檢測(cè)。首先利用水浴法合成了純的SnO₂,進(jìn)而制備了Cd摻雜的SnO₂、SnO₂-CdO復(fù)合材料以及不同形貌的復(fù)合金屬氧化物CdSnO₃。進(jìn)行了表征和氣敏性能測(cè)試,發(fā)現(xiàn)多孔的CdSnO₃納米立方體傳感器的性能最為優(yōu)異。本文的主要內(nèi)容如下:1.通過(guò)水浴法再經(jīng)過(guò)煅燒處理獲得SnO₂納米材料。使用X射線(xiàn)電子衍射儀（XRD）... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱師范大學(xué)黑龍江省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

旁熱式氣敏元件截面圖

哈爾濱師范大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1-3a)In2O3/ZnO納米線(xiàn)尖端區(qū)域的高分辨透射和SAED模式圖[35]；b)ZnSnO3薄膜的電鏡圖[36]Fig.1-3a）HRTEMandSAEDpatternofthetipregionofIn2O3/ZnOnanowire[35].b)SEManalysisofZnSnO3films[36]1.5本文研究的內(nèi)容本文制備了純的SnO2、以及Cd/Sn復(fù)合材料，測(cè)試了其氣敏性能。發(fā)現(xiàn)SnO2納米材料對(duì)硫化氫氣體的識(shí)別能力很強(qiáng)，但響應(yīng)不高。相對(duì)于SnO2氣體傳感器，Cd摻雜的SnO2氣體傳感器的響應(yīng)提高了2倍，證明Cd元素的引入的確可以改善硫化氫傳感器的性能，猜測(cè)還可能形成了復(fù)合物導(dǎo)致性能提高，進(jìn)而制備了CdO-SnO2和混合材料CdSnO3納米顆粒。CdO-SnO2氣體傳感器對(duì)硫化氫的響應(yīng)提高了但是還不夠高，CdSnO3納米顆粒響應(yīng)很高但是出現(xiàn)了恢復(fù)問(wèn)題。為了解決其恢復(fù)問(wèn)題，采用自組裝策略，以PVP為模板，以NaOH為沉淀劑，首先通過(guò)共沉淀法制備出CdSnO3的前驅(qū)體(CdSnO3·3H2O)，再將CdSnO3前驅(qū)體放于水浴鍋內(nèi)80°C攪拌6小時(shí)。之后，將得到的材料經(jīng)700℃高溫煅燒1小時(shí)后制得多孔立方體形貌的復(fù)合金屬氧化物CdSnO3納米材料。測(cè)試其對(duì)多種氣體的響應(yīng)。測(cè)試結(jié)果表明，多孔CdSnO3納米立方體氣體傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)硫化氫氣體的高響應(yīng)，高選擇性檢測(cè)以及低檢測(cè)濃度，最主要是解決了傳感器的恢復(fù)問(wèn)題。推測(cè)原因可能是由于Cd元素的引入，Cd(1.69)的電負(fù)性小于Sn(1.96)，導(dǎo)致材料表面金屬氧鍵極化較大，因而有利于硫化氫的吸附[37-39]。另外，由于CdSnO3納米立方體為多孔結(jié)構(gòu)具大的比表面積，有利于硫化氫氣體的擴(kuò)散和傳輸，從而加快了傳感器裝置的響應(yīng)和恢復(fù)，傳感器的響應(yīng)恢復(fù)問(wèn)題得以解決。另外CdSnO3結(jié)構(gòu)中存在許多的氧缺陷，提供了更加豐富的活性位點(diǎn)，因此傳感器的響應(yīng)也進(jìn)一步提高了，但是不足的是其不能檢測(cè)更低濃度的氣體(<5ppm)

哈爾濱師范大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2-1a)銀摻雜SnO2薄膜的掃描電子顯微鏡圖片[42]；b)1.0wt%摻雜的Au/SnO2的透射電子顯微鏡照片[43]Fig.2-1a)SEMpictureofAgdopedSnO2film[42];b)TEMmicrographsof1.0wt%Au/SnO2[43]2.1.3SnO2復(fù)合氧化物的氣敏材料研究進(jìn)展由于純SnO2氣敏材料對(duì)于氣體的選擇性、靈敏度和檢測(cè)極限有一定的局限性，而復(fù)合氧化物氣體傳感器表現(xiàn)出更優(yōu)異的氣敏性能，使得復(fù)合氧化物氣敏性的研究日漸受到科研工作者的青睞。iZeng等人[44]研究了Sn和Zn的復(fù)合氧化物，利用水熱法制備了圖2-2a)所示的ZnSnO3納米籠，測(cè)試結(jié)果表明，310℃時(shí)傳感器對(duì)H2S具有高響應(yīng)、快速響應(yīng)恢復(fù)和選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，ZnSnO3納米籠作為H2S傳感器具有良好的應(yīng)用潛力。XiaohuaZhao等人[45]研究了Sn和Cd的復(fù)合氧化物，使用水熱法合成了CdSnO3納米材料，形貌如圖2-2b）所示。結(jié)果表明，在室溫條件下，CdSnO3氣體傳感器對(duì)1ppm氯氣具有10.5的高響應(yīng)，對(duì)于5ppm的氯氣響應(yīng)值可達(dá)1338.9，表明了其在室溫條件下對(duì)于氯氣檢測(cè)具有良好的應(yīng)用前景。JustinT等人[46]研究了Sn和In的復(fù)合氧化物，以SnCl4·6H2O和InCl3·H2O為原料，以氨水為沉淀劑，成功的合成了了SnO2-In2O3復(fù)合氧化物，對(duì)于CO氣體的敏感性明顯高于基于純SnO2的傳統(tǒng)傳感器。圖2-2a）ZnSnO3納米籠的電鏡照片[44]；b)CdSnO3的掃描電鏡圖[45]Fig.2-2a)ApanoramicoftheZnSnO3products[44].b)TheSEMimagesofCdSnO3[45]上述結(jié)果表明Sn與Zn、Cd、In等金屬的復(fù)合氧化物具有非常良好的氣敏性


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