论文部分内容阅读
NO2是一种常见的大气污染物,是酸雨、光化学烟雾及细颗粒物(PM 2.5)的主要成因;CO是一种无色、无刺激性气味的有毒气体,是家庭及工业生产使用煤气的主要成分之一,同时也是大气中分布最广的污染物之一。这两种污染气体对人类的生产和生活中有严重影响。因此,研发一种能够对NO2或CO气体进行有效检测的高性能气敏材料,对改善空气质量和保障社会可持续发展显得尤为重要。In2O3作为一种宽禁带、低电阻、高热稳定的半导体材料,在有害气体检测研究中展现出良好的应用前景。目前,实验室制备金属氧化物半导体气敏材料常用的水热合成法产量很低,限制了半导体气体传感器的研究及工业应用。本文采用复合软模板法结合常压回流法制备具有中空球结构的InOOH和Zn(OH)2/InOOH前驱体悬浮液,采用常压回流法制备杆状In(OH)3前驱体悬浮液,经一定条件处理后,获得具有高比表面积的中空球和杆状In2O3亚微米材料以及中空球ZnO/In2O3复合材料。最后对制备的材料进行形貌和结构表征以及气敏性能测试,并分析气敏机理。具体研究内容如下:(1)采用复合软模板法结合常压回流法制备中空球In2O3亚微米材料,分析热处理温度对In203亚微米材料NO2气敏性能的影响。研究发现制备的In203样品是由大量的纳米颗粒堆积而成的In2O3中空球。在中空球的表面和间隙存在一定量的IIn2O3颗粒和团簇,且随着煅烧温度的升高逐渐减少。气敏测试结果表明中空球In2O3传感器的最佳工作温度为63℃。400℃煅锻烧处理的中空球In2O3传感器相较于其他传感器对NO2气体有最高的气敏响应,在63℃对500 ppb NO2气体能够达到127.8。从特征峰半高宽分析得出,粉末结晶度越高,相应中空球In2O3传感器对NO2气体的响应越低。(2)采用常压回流法制备杆状In2O3亚微米材料,对比中空球IIn2O3材料的成分、形貌结构和气敏性能,分析形貌结构对In2O3亚微米材料NO2气敏性能的影响。研究结果发现,常压回流法制备的杆状IIn2O3材料为大量纳米长片堆积而成的亚微米杆结构,且杆结构之间相对分散。气敏测试结果表明,杆状In2O3传感器和中空球In2O3传感器一样,对NO2气体响应的最佳工作温度都为63℃。且杆状In2O3传感器表现出更高的气敏响应,这是由比表面积及空隙率因素导致的。(3)在采用复合软模板法结合常压回流法制备中空球InOOH材料的基础上,采用二次常压回流法制备中空球ZnO/In2O3复合材料,研究IIn2O3与ZnO复合比例对ZnO/In203复合材料气敏性能的影响。研究发现In2O3与ZnO之间形成了固溶结构。ZnO/IIn2O3传感器对CO气体的最佳工作温度为175℃。15Zn/In传感器较其他五组对CO气体具有更高的气敏响应,175℃下对500 ppm CO的响应达到16.03,响应—恢复时间分别为13 s和260 s。选择性测试结果表明该传感器对CO有良好的选择性。