氧化锌基纳米材料的合成及其气敏性能解说.pptVIP

5.3 工作温度对元件灵敏度的影响 图5-2 元件气敏性能与工作温度的关系 纯ZnO和0.9%In2O3掺杂ZnO的最佳工作温度为350℃，0.1%In2O3掺杂的ZnO的最佳工作温度为247℃，而0.3%、0.5%、0.7%In2O3掺杂的ZnO的最佳工作温度为290℃。为便于比较，以下各项测试工作均选在290℃下进行。 5.4 元件的选择性 图5-3 元件对各种气体的灵敏度 该元件对Cl2的灵敏度是另一氧化性气体NO2的22倍，是SO2的66倍左右，对其他还原性气体乙醇、硫化氢、氨气的选择性也在38倍以上，说明该元件抗干扰能力强，有望开发为高选择的氯气敏感元件。 5.5 元件的响应-恢复特性 图5-4 元件的响应-恢复曲线 当通入30ppm的Cl2时，元件迅速响应，响应时间为5s而恢复时间为65s。总体上看出，0.3% -In2O3的掺杂使ZnO对Cl2表现出较高灵敏度、选择性和恢复特性。 5.6 结语 采用溶胶凝胶法合成了ZnO和铟掺杂的ZnO纳米材料，可得到粒径较小的纳米粒子，该方法具有以下特点：原料的混合在溶液中进行，容易混合均匀，精确控制化学反应的量；以柠檬酸和硝酸盐为原料，成本低，并且避免了杂质的引入；产物颗粒粒度较小，操作简单。 以该材料制备的气敏元件，对Cl2有较高的灵敏度和很好的选择性，但响应-恢复曲线没掺铝的好。 第六部分 铝、镧共掺杂对ZnO纳米粉体气敏性能的影响 Al:La:Zn=1.0:4.0:100 6.1 纳米材料的制备 硝酸铝溶液 硝酸锌溶液 混合溶液 干凝胶 柠檬酸溶液 溶 胶 搅拌均匀 凝 胶 100℃ 干燥 产 物 500℃ 煅烧1h 80℃恒温水浴 硝酸镧溶液 6.2 材料的表征（1） 图6-1 各样品的XRD 图谱 (a) ZnO (b) La2O3+ZnO (c) Al2O3+La2O3 + ZnO (d)Al2O3+ZnO 在叠加谱图上没有出现Al2O3和La2O3的谱线，说明Al2O3、La2O3已分别固溶于ZnO的晶体缺陷中，形成Al2O3-ZnO、La2O3-ZnO、Al2O3-La2O3-ZnO固溶体。且衍射峰较为尖锐，说明结晶良好，掺杂并没有影响晶体构型。 图6-2为样品ZnO和Al2O3-La2O3-ZnO的TEM照片，按比例估算粉体粒径分别为 50、20nm左右 6.2 材料的表征（2） 图6-2a ZnO的TEM照片 图6-2b 样品Al2O3-La2O3-ZnO的TEM照片 6.3 元件的工作温度与灵敏度的关系 图6-3 ZnO的气敏性能与工作温度的关系 （A）ZnO (B) La2O3+ZnO (C) Al2O3+ZnO (D) Al2O3+La2O3+ZnO 试样的灵敏度随着工作温度的升高先升高后下降，有一极大值，但试样B、C和D的灵敏度比A的灵敏度高且试样D的最佳工作温度为200℃而A、B、C最佳工作温度为290℃ 6.4 元件对各种气体的选择性 图6-4 元件对各种气体的灵敏度 由图可以看出：在最佳工作温度200℃下，别的气体几乎不会对Cl2的检测产生干扰，有望开发为高选择性的氯气敏感材料。 6.5 元件的响应-恢复特性 图6-5 元件的响应-恢复曲线 研究发现样品B、C、D对氯气的响应极快，几乎一接触就有感应，但样品B，C在100s内几乎没有恢复，样品D由于氧化镧的添加，恢复时间大大减小，约为70s。 6.6 结论 本实验以柠檬酸、硝酸铝、氧化镧和硝酸为原料，通过溶胶凝胶法制备了ZnO和掺铝或掺镧的ZnO纳米粉体，并借助XRD、TEM等测试手段对产物的粒径、形貌进行了表征。研究表明该法制备的铝、镧共掺的氧化锌纳米粉体对Cl2气体有较高的灵敏度和选择性，该制备方法省去了制备过程中的洗涤工序，降低了制备过程中设备要求，具有操作简单、产率高等优点，有较高的实用价值。尤其是铝、镧共掺的ZnO粉体使元件的最佳工作温度从290 ℃降到200℃且对Cl2有很好的灵敏度、选择性和较好的响应特性，恢复特性有了较大的改善。 氧化锌基纳米材料的合成及其气敏性能 提纲 绪论 试验方法 纳米氧化锌的制备、表征及气敏性能 铝掺杂对ZnO纳米粉体气敏性能的影响 In2O3掺杂对ZnO纳米粉体气敏性能的影响 铝、镧共掺杂对ZnO纳米粉体气敏性能的影响 第一部分 绪论 1.1 气敏传感器的发展概况 复合氧化物 SnO2、ZnO、 Fe2O3、WO3 1968年, 日本田口 ,SnO2烧结体 1962年, T. Seiyama, ZnO薄膜 1931年，P. Brauer, Cu2O薄膜的电导率随水蒸汽的吸附而改变 1.2 半导体气敏材料的研究发展方向 材料的纳米化 增加添加剂、金属离子或稀土元素以改善元件的性质 降低