In2O3论文：In2O3 溶胶—凝胶法 纳米材料 H2S 气敏性能.docVIP

【关键词】In2O3 溶胶—凝胶法 纳米材料 H2S 气敏性能 【英文关键词】In2O3 sol-gel method nano-materials H2S gas sensing properties In2O3论文：氧化铟基纳米材料的制备及其气敏性能研究 【中文摘要】随着人们物质及精神文化水平的不断提升，对环境问题所投入的关注也越来越多。近年来，工业废气对生态环境的冲击屡见不鲜，这就需要研制实用化的气体传感器来对工业过程进行监控，控制各种污染和有毒气体的排放。天然气及煤的开采、石油化工产品的生产流程中都会产生硫化氢（H2S），当其浓度高于250ppm时即可使人中毒，为了保证工人和环境的安全，需要研制性能优良的H2S气体传感器，以便对H2S气体做准确的检测和控制。半导体材料具有独特的光、磁、气、热等敏感特性，因此在很多领域都得到了很好的应用，气体传感器领域也不例外。氧化铟（In2O3）作为一种宽带隙半导体材料，具有电阻率小，催化性能高等优点，引起了广大科研人员的重视，但它是一种普敏材料，因此提高In2O3的选择性等敏感性能成为国内外科研人员的研究重点。自1984年纳米材料被报道以来，以其特殊的结构及物理化学性质，引起了各领域的关注，各专业领域的科研人员对纳米材料的研究表现出极大的热忱。随着研究的深入，纳米材料已经被广泛应用于生物医疗、机械电子、环境能源、航空航天、工程建筑、光电信息等各个方面。纳米技术的发展使得分子尺度上的控制和改性成为可能，推动了材料改性的发展，大大提升了功能材料的性能。本文合成了In2O3纳米材料，为了提高选择性等敏感性能对其进行了掺杂。贵金属掺杂被认为是一种提高材料选择性的有效手段，因此在实验中进行了Pt的掺杂。为了进一步提升响应恢复特性及稳定性等气敏性能，又对材料做了碳纳米管的处理，碳纳米管的引入使得材料具备更大的孔径，有利于气体的吸附和脱附，提高气敏性能。具体内容如下：1.采用溶胶-凝胶法合成了In2O3纳米材料，通过用差热-热重分析（DTA-TGA）、X光射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）以及扫描电子显微镜（SEM）对材料进行了表征。合成的In2O3为立方结构，晶粒尺寸为20nm左右，材料存在部分团聚现象。将材料煅烧不同温度，制成旁热式元件，测试其对40ppm H2S气体的灵敏度，普遍存在灵敏度不高的问题，需要进一步掺杂提升敏感性能。材料在500℃和600℃煅烧下灵敏度较大，需要进一步实验来确定最有利于实验的烧结温度。2.制备不同浓度Pt掺杂的In2O3复合材料，分别煅烧500℃和600℃，XRD表征结果显示掺杂后的In2O3晶体结构仍然是立方晶型。气敏性能显示600℃煅烧温度下6mol%Pt掺杂In2O3气敏元件对H2S的灵敏度最好，最佳工作温度为140℃，掺杂后元件的灵敏度是纯材料元件的17倍，表明Pt的掺杂有效的提升了气敏元件对H2S的灵敏度。在140℃时，对其气敏性能做进一步测试，响应时间约为11秒，恢复时间约为21秒，具有良好的选择性，稳定性有一定的浮动。综上，响应恢复时间和稳定性有待进一步提高。3．在6mol%Pt-In2O3材料的基础上，对材料进行了不同比例的碳纳米管处理，在600℃下煅烧2小时，表征结果表明，经过600℃的煅烧，材料中掺杂的碳纳米管被烧掉，留下很多空隙。制备气敏元件，测试结果表明1wt%C，6mol%Pt-In2O3气敏元件在140℃下对H2S的灵敏度最好，其响应时间约为5秒，恢复时间约为14秒，元件具有更好的选择性，稳定性有一定的提升。综上，C处理使得气敏元件在各方面性能上都有所提高。 【英文摘要】With the development of material and spiritual culture level, the environmentalissues have attracted much attention of people. In recent years, industrial emissionsare common occurrences and have strong impact on the environmental pollution.Thus, gas sensors have been widely used for industrial process monitoring, for variouspolluting and toxic gases. Hydrogen sulphide （H2S） detection is a very importanttarget for the mining of gas and coal, and the producti