锡基复合氧化物的制备及气敏性能研究

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现代生产和生活中,可燃性气体和有毒气体无处不在,给人民的生命和财产安全带来隐患。因此,采用半导体气体传感器检测有毒有害气体的研究越来越受到人们的关注。随着工业及科技的不断发展,环境检测的要求提高,对气体传感器的要求也越来越高。而常用的简单氧化物气敏材料灵敏度偏低,选择性较差。因此,通过掺杂和复合技术改进简单氧化物气敏性能的研究成为传感器领域多年来的研究热点。本文对锡基复合氧化物气敏材料近年来的研究、发展及应用情况作了较全面的总结和评述,并开展了锡基复合氧化物气敏材料的系统研究。研究发现:锡基复合氧化物因具有特殊的结构而呈现出比简单氧化物更好的气敏特性。具体结果如下: 一、用水热法制备了复合氧化物Zn2SnO4粉体,并研究了工艺条件对产物结构和形貌的影响。研究发现,制备工艺对产物的微观结构和气敏性能都有影响,水热法制备的材料具有良好的晶型和分散性,对硫化氢气体具有良好的灵敏度和选择性,贵金属浸渍掺杂后能够明显地改善水热法合成材料对硫化氢气体的灵敏度和选择性。且在较低的工作电压下对硫化氢气体具有快速的响应-恢复特性。 二、利用水热法合成出了ZnO/ZnSnO3复合氧化物,通过改变原料的比例得到了ZnO含量不同的ZnO/ZnSnO3复合氧化物,研究了原料比例对产物结构和气敏性能的影响。结果显示:首次用水热法合成出近纯相六方形的ZnSnO3,通过反应掺杂贵金属Au,得到了对HCHO气体灵敏度高、选择性好的气敏材料。 三、利用共沉淀法采用不同沉淀剂合成出不同形貌的钙钛矿型复合氧化物CdSnO3。通过XRD、TEM表征发现,沉淀剂对产物的形貌和结晶度有明显的影响;气敏性能测试结果显示前处理温度相对较高时材料的气敏性能较好(500℃,600℃);浸渍法掺杂贵金属改性后的气敏性能测试结果表明:浸渍掺杂0.5wt.%的贵金属Ru,能够使CdSnO3材料对C2H5OH、H2S、HCHO气体的灵敏度和选择性增高,并具有较好的响应-恢复特性。 四、通过配合物前驱体热分解法和共沉淀法制备了钙钛矿型稀土复合氧化物LaFeO3。XRD表征结果发现,配合物热分解法制备的LaFeO3不存在杂质峰,而共沉淀法制备的产物含有未分解的La(OH)3;初步的气敏性能研究发现:配合物热分解法制备出的产物具有较高的灵敏度和选择性,且能够降低材料的工作温度。在工作温度为192℃时,对H2S气体表现出令人满意的灵敏度、选择性和响应恢复特性。
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