本文選題：二氧化錫　切入點(diǎn)：異質(zhì)結(jié)　出處：《西北師范大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：二氧化錫是一種重要的n型直接帶隙寬禁帶氧化物半導(dǎo)體,室溫下直接帶隙寬度為3.6 eV,激子束縛能高達(dá)130 meV。因其納米材料具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)和化學(xué)性質(zhì),在太陽能電池、激光二極管、紫外激光器、表面聲波器、壓電傳感器和氣敏傳感器等方面有重要運(yùn)用價(jià)值。但是,系統(tǒng)的研究其形貌對(duì)不同氣體的氣敏響應(yīng)仍然缺乏研究。因此,我們可以進(jìn)一步通過生長參數(shù)的優(yōu)化,如摻雜、表面修飾、與半導(dǎo)體或者金屬復(fù)合等方式對(duì)SnO_2納米材料進(jìn)行形貌改性。本實(shí)驗(yàn)主要以靜電紡絲法制備零維納米粒子、一維納米管及使用水熱法制備多孔分層的三維納米花為思路基礎(chǔ),控制制備了小尺寸(直徑小于10 nm)的球形SnO_2納米顆粒、Y摻雜的SnO_2納米管、TiO2-SnO_2復(fù)合納米管和三維多孔的SnO_2納米花等功能性納米材料,并分別對(duì)其氣敏特性進(jìn)行了研究。主要述及以下幾方面的研究工作:1.利用靜電紡絲技術(shù)和退火爐相結(jié)合成功的制備了珊瑚狀多孔的Y摻雜球形SnO_2零維納米顆粒。并對(duì)所有樣品進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)的表征,結(jié)果發(fā)現(xiàn)5 wt%Y摻雜SnO_2納米結(jié)構(gòu)有較小的粒徑尺寸和較大的比表面積。此外,通過氣體敏感測(cè)試發(fā)現(xiàn),5 wt%Y摻雜SnO_2納米結(jié)構(gòu)基傳感器在300°C下對(duì)冰乙酸具有較高的響應(yīng)值、短的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間及好的選擇性。并且,通過對(duì)結(jié)構(gòu)和形貌的分析,本實(shí)驗(yàn)研究了其氣敏機(jī)理,結(jié)果發(fā)現(xiàn),Y摻雜的SnO_2納米結(jié)構(gòu)基傳感器響應(yīng)的提高主要?dú)w結(jié)于摻雜導(dǎo)致的顆粒尺寸減小引起的小尺寸效應(yīng)和多孔的表面結(jié)構(gòu)的形成。因此,這種珊瑚狀多孔的Y摻雜SnO_2納米結(jié)構(gòu)可以作為一種潛在的冰乙酸傳感器材料。2.通過靜電紡絲法和管式退火爐相結(jié)合制備了純的和Y摻雜的SnO_2一維納米管結(jié)構(gòu),并對(duì)所得樣品進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)的表征,測(cè)試了所有樣品對(duì)丙酮?dú)怏w的氣敏響應(yīng)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn),Y摻雜的SnO_2納米管相較于純的SnO_2納米管有更大的比表面積。并且組成SnO_2納米管的晶粒尺寸對(duì)純的和Y摻雜的分別為21.8 nm和20 nm,同時(shí)經(jīng)過XPS測(cè)試發(fā)現(xiàn),Y3+替代Sn4+成功的摻進(jìn)了SnO_2納米結(jié)構(gòu)中。此外,由于制備的SnO_2納米管具有優(yōu)異的多孔結(jié)構(gòu),通過氣體敏感測(cè)試發(fā)現(xiàn),相較于純的,Y摻雜的SnO_2基傳感器對(duì)丙酮具有更高的響應(yīng)值、短的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間、較好的選擇性和長時(shí)間的穩(wěn)定性。根據(jù)結(jié)構(gòu)和形貌分析,本實(shí)驗(yàn)對(duì)SnO_2納米管結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制以及其氣敏機(jī)理進(jìn)行了探討。最終,我們發(fā)現(xiàn)稀土元素Y的引入對(duì)SnO_2納米管丙酮?dú)饷粜阅艿臋z測(cè)有顯著的改善。3.我們?cè)谇耙徽碌难芯炕A(chǔ)上用靜電紡絲的方法制備了復(fù)合TiO2-SnO_2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米管,對(duì)所有樣品進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)的表征,發(fā)現(xiàn)構(gòu)成復(fù)合納米管的納米顆粒直徑在12 nm左右,其比表面積遠(yuǎn)大于上一章制備的Y修飾的SnO_2納米管。并進(jìn)一步測(cè)試了所有樣品對(duì)丙酮?dú)怏w的氣敏響應(yīng)情況。結(jié)果顯示,用靜電紡絲法制備的復(fù)合TiO2-SnO_2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米管相較與Y修飾的SnO_2納米管的直徑增大了,且表面更加粗糙。氣敏測(cè)試結(jié)果顯示,復(fù)合TiO2-SnO_2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米管氣敏性能相較與Y修飾的SnO_2納米管有顯著的改善。其主要原因就是我們構(gòu)建了異質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致吸附氧和載流電子之間的表面反應(yīng)增強(qiáng)所引起的。我們知道改善氣敏材料的氣敏性能主要通過下面兩個(gè)方面:(1)通過減小晶粒尺寸增加傳感器材料的表面活性區(qū)域,構(gòu)建多孔材料(空心、介孔材料等)來增加互動(dòng)表面提供更多的活性位點(diǎn)。(2)通過稀土元素以及貴金屬等的修飾來改變半導(dǎo)體的本征電學(xué)特性,來增加材料的表面載流子濃度以及對(duì)材料形貌的優(yōu)化。本實(shí)驗(yàn)通過這兩方面的改善,制備出了復(fù)合TiO2-SnO_2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米管,相較于前一章對(duì)丙酮的氣敏性能有了大的提升。4.利用水熱法制備了三維多孔的SnO_2納米花,通過XRD、SEM、TEM等表征技術(shù)對(duì)SnO_2納米花的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,結(jié)果發(fā)現(xiàn)SnO_2納米花有良好的結(jié)晶度,花瓣的厚度在20 nm左右,并且由很多的孔洞構(gòu)成的納米片組成。對(duì)形成的多孔的納米花涂覆在帶電極的陶瓷管上制成納米花基傳感器,通過氣敏測(cè)試發(fā)現(xiàn)SnO_2納米花有良好的丙酮?dú)饷粜?與之前的結(jié)果相比較,敏感性能得到了進(jìn)一步的提高。
[Abstract]:Two tin oxide is a direct wide bandgap semiconductor oxide is an important n type at room temperature, direct band gap width of 3.6 eV and a high exciton binding energy of 130 meV. nano materials because of its unique electrical, optical and chemical properties of laser diode in solar cell, UV laser, surface acoustic wave device. Has an important application value of piezoelectric sensor and gas sensor and so on. However, systematic research on gas sensing response of the morphology of different gases are still lack of study. Therefore, we can further optimize the growth parameters such as doping, surface modification, and semiconductor or metal compound on SnO_2 nano material morphology was modified. This experiment mainly by electrospinning of zero dimensional nanoparticles, one-dimensional nanotubes and 3D nano porous layer using hydrothermal method for the idea of flower foundation, were prepared by controlling the small size (small diameter In 10, NM) of spherical SnO_2 nanoparticles, Y doped SnO_2 nanotubes, SnO_2 nano flowers and other functional nano materials and porous TiO2-SnO_2 composite nanotubes, and the gas sensing properties were studied. The main research work in the following aspects: 1. using electrospinning and annealing furnace combined successfully the preparation of Y doped SnO_2 porous coral by zero dimensional nanoparticles. And all the samples were characterized by morphology and structure, the results showed that 5 wt%Y doped SnO_2 nano structure has smaller particle size and larger surface area. In addition, the gas sensitive test found that the response to the 5 wt%Y doped SnO_2 nano sensor has high on acetic acid at 300 ~ C value, short response time and recovery time and good selectivity. And through the analysis on the structure and morphology, this experiment studied the gas sensing mechanism, found The formation of surface structure, particle size of Y doped SnO_2 nano sensor response increase is mainly due to the doping decrease the effect of the small size and the porous. Therefore, Y doped SnO_2 nano porous structure of the coral can be used as a potential ice acetic acid sensor material.2. by electrospinning method and tube SnO_2 type annealing furnace combining one-dimensional nanotube structure of pure and doped Y were prepared, and the samples were used to characterize the morphology and structure of all the samples, gas sensing response to acetone gas was tested. The results showed that the Y doped SnO_2 nanotubes compared to pure SnO_2 nanotubes have higher surface area. Grain size and the composition of SnO_2 nanotubes on pure and doped Y were 21.8 nm and 20 nm, and after XPS test found that the substitution of Y3+ Sn4+ successfully doped into the SnO_2 nano structure. In addition, The preparation of SnO_2 nanotubes have excellent porous structure, through the gas sensitive test showed that, compared to the pure and SnO_2 doped Y based sensor has higher response value of acetone, short response time, good selectivity and stability of long time. According to the structure and morphology analysis, the experiments were carried out to investigate the formation mechanism of SnO_2 nanotubes and their gas sensing mechanism. Finally, we found that the introduction of rare earth element Y detection of SnO_2 nanotubes acetone gas sensing properties of.3. were improved significantly in our basic research on the previous chapter by electrospinning composite TiO2-SnO_2 heterostructure nanotube were prepared for all samples the characterization of morphology and structure, a nano particle composite nanotubes with a diameter of about 12 nm, the specific surface area is much larger than the previous chapter Y modified preparation of SnO_2 nanotubes and one. Step test all the sample gas sensing response to acetone gas. The results show that the composite TiO2-SnO_2 heterostructures prepared by electrospinning the nanotubes compared with Y modified SnO_2 nanotube diameter increases, and the surface is more rough. The gas sensing test results show that the gas sensing properties of TiO2-SnO_2 composite nanotube heterostructures compared with Y the modified SnO_2 nanotubes is significantly improved. The main reason is that we construct the heterogeneous structure leads to adsorbed oxygen and current carrying electrons between the surface reaction enhanced by it. We know that to improve gas sensing property of materials mainly through the following two aspects: (1) by increasing the surface area of the sensor active material grain size reduce construction of porous materials (hollow mesoporous materials) to increase the interaction surface provides more active sites. (2) modified by rare earth elements and precious metals etc. To change the electrical properties of semiconductor, to increase the carrier concentration of surface materials and optimization of the morphology of the materials. Through the experiments of the two aspects of the improvement of prepared composite TiO2-SnO_2 heterostructure nanotube, compared to the previous chapter, gas sensitivity to acetone has been a big upgrade of.4. by hydrothermal method SnO_2 nano porous flower, prepared by XRD, SEM, TEM and other characterization techniques on the microstructure of SnO_2 nano flowers were investigated, the results showed that SnO_2 nano flowers have good crystallinity, petal thickness around 20 nm, and consists of many nano holes composition on the formation of the porous nano. Flower is coated on the electroded tube made of ceramic nano flower base by sensor, gas sensitive test showed that SnO_2 nanoflower acetone gas sensitivity good, compared with the previous results, the sensitive performance has been further improved.

【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ134.32;TB383.1

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本文編號(hào)：1631875