高等物理化学文献.ppt
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1、In2O3纳米材料的掺杂纳米材料的掺杂及气敏性能研究及气敏性能研究主要内容主要内容 引言引言 掺杂金属氧化物作用机理掺杂金属氧化物作用机理 金属氧化物掺杂金属氧化物掺杂In2O3 的制备及其气敏性能的制备及其气敏性能 In2O3 对不同气体的作用机理对不同气体的作用机理 结语结语1.引言引言 金属氧化物In2O3 是n 型半导体材料, 具有较高的禁带宽度、较小的电阻率和较高的催化活性。In2O3 晶胞中含16 个In2O3分子, 铟离子构成面心立方格子, 氧离子占据格子中的四面体间隙位置的3/ 4 ,1/ 4 空着。空的四面体间隙位置在晶格以a = 1. 0118nm 作周期性地重复排列, a
2、 刚好是铟面心立方子格子边长的2 倍。In2O3不仅用于低汞和无汞碱性电池的添加剂; 同时作为一种新型的敏感材料,以其优良的气敏特性,在气敏传感器的应用方面有不断的拓展。2.掺杂金属氧化物作用机理掺杂金属氧化物作用机理 气敏传感器都是由很多小晶粒组成的多晶烧结体或多晶薄膜。传感器工作时,电子由一个晶粒运动到另一个晶粒需要克服由于晶粒表面的氧离子吸附形成的表面耗尽层和面势垒的影响,其模型主要分两种:一是晶界势垒控制模型,二是颈部沟道控制模型。器件响应的灵敏度与晶粒尺寸D 和德拜长度L D 密切相关,当D 2L D 时为晶界控制,灵敏度基本与D 无关;当D 接近2L D 时为颈部沟道控制,灵敏度与
3、D 密切相关;当D 2L D 时,每个晶粒内导电电子全部耗尽,器件电阻很大。 德拜长度可用掺杂金属氧化物的办法来调节,从而可以解决由于高温使晶粒长大导致灵敏度下降的问题。金属氧化物还有利于传感器选择性的提高。不同的掺杂物可以提供有利于半导体表面气-气、气-固反应赖以发生的表面积,从而提高传感器的灵敏度。3.金属氧化物掺杂金属氧化物掺杂In2O3 的制备及其气敏性能的制备及其气敏性能金属氧化物掺杂金属氧化物掺杂 CdO 掺杂掺杂 Co3O4 掺杂掺杂SnO2 掺杂掺杂MoO3 掺杂掺杂NiO 掺杂掺杂CdO 掺杂掺杂 以In2O3 和Cd(NO3 ) 3 为原料,以(NH4 ) 2CO3和氨水为
4、沉淀剂通过化学共沉淀法制得CdO-In2O3 纳米敏感材料的旁热式气敏传感器。实验通过对CdO 掺杂摩尔比为2 %、4 %、8 %的对比,得出只有当CdO 的摩尔百分比不大于2 %时,才能与In2O3 形成固溶体单相。同时发现纯In2O3 的平均晶粒粒径为18. 9nm ,而当CdO 掺杂为2 %时的平均晶粒粒径为18. 3nm ,说明CdO 有抑制In2O3 晶粒长大的作用。在183 工作温度下x (CdO) 为2 %的In2O3 元件对C2 H5OH 的灵敏度高达276 ,说明元件对C2 H5OH 有良好的气敏效应。Co3O4 掺杂掺杂 以氯化铟和钴盐为原料,首先将InCl3 水解,之后将
5、其在850 条件下煅烧,通过浸渍法加入钴盐溶液,之后用Au 作为装载物继续在600 的温度下加热,从而制得Co-Au-In2O3 气敏材料。通过测试对于1 10 - 3 的CO 和H2 在200 时的气体敏感性能,发现当Co 、Au 的含量分别为0. 5 %、0. 04 %时对CO 有良好的敏感性和选择性能 。用溶胶-凝胶法制得50nm 的In2O3 后再掺入不同百分比的Co3O4 ,同样得到了当掺杂量为0. 5 %时,对1 10 - 3的CO 有较高的灵敏度,而当再加入0. 04 %的Au 时,效果则更为理想。SnO2 掺杂掺杂 采取无水溶胶-凝胶方法,用铟和锡的有机盐为原料,与无水苄基乙醇
6、搅拌,之后转移至高压锅中,恒温(200220 ) 48h ,然后用氯仿清洗并干燥即得SnO2-In2O3 纳米颗粒。再将SnO2-In2O3 通过丝网印刷技术在氧化铝基片上制得薄膜。在200350 的条件下,对(110) 10 - 4的CO 和(540) 10 - 5的乙醇进行了气敏性能测试,发现当掺杂量为50 %时,对CO 和乙醇具有很好的灵敏性.MoO3 掺杂掺杂 采用共沉淀法得到In-Mo 的氢氧化物,在室温下干燥,于700 下煅烧1h 后得MoO3-In2O3 ,而其薄膜通过溶胶-凝胶法获得。通过在200 时对O2 和250 时对NO2 的敏感性能测试发现MoO3-In2O3 薄膜对上
7、述2 种气体的响应约是纯In2O3 薄层的2 倍,表现出良好的性能。 NiO 掺杂掺杂 采用溶胶-凝胶法制得NiO-In2O3 薄膜后,为形成敏感层,采用溅射法将In2O3-Ni2 + 溶胶沉积在Al2O3基片上(3mm 3mm 0. 25mm) ,在25 干燥之后,于600 煅烧即可。通过气敏性能测试发现NiO 掺杂量质量分数为1. 0 %时,在150 下对1 10 - 6的NO2 有最大响应值,而在400 时响应值接近于零, In2O3-NiO 薄膜在干燥气氛中对CO 几乎没有敏感性,在具有湿度的气氛中对CO 的敏感性也比较低。4.In2O3 对不同气体的作用机理对不同气体的作用机理对对H
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