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氧化铟(In2O3)具有较大的禁带宽度,是一种重要的半导体氧化物,广泛应用于太阳能电池、光催化剂和气体传感器等许多领域。In2O3有两种晶型:立方晶型(C-In2O3)和六方晶型(H-In2O3)。在本论文中以InCl3·4H2O为原料利用水热(溶剂热)法分别制得了In(OH)3和InOOH两种前驱体,经煅烧后分别得到两种晶型的氧化铟纳米材料。将所得的材料制成气敏元件测试其气敏性能,比较不同材料间气敏性能的差异并分析原因。本论文主要工作内容如下:
1.利用水热(溶剂热)法分别制备了两种晶型氧化铟纳米材料,研究了不同反应条件对产物的组成、结构和形貌的影响。结果表明在较低的水热反应温度下,初始温度对前驱体的形貌有较大的影响,这可能是由于乙二胺分子起着模板剂的作用;当水热反应温度较高或乙二胺与水的比例较大时,易于生成InOOH前驱体,且在煅烧过程中并不会发生In(OH)3和InOOH间的相互转化,二者的转化只可能发生在水热反应阶段,乙二胺对于InOOH的生成起关键作用。
2.分别以DEG和DMF为溶剂,通过一步反应制备C-In2O3,考察反应条件对产物组成和形貌的影响,实现反应条件的优化。结果表明以DEG为溶剂经一步反应生成C-In2O3时,加入少量水将促使In2O3的直接生成,乙二胺的存在会妨碍In2O3的直接生成;当以DMF为溶剂时,少量水的存在反而不利于In2O3的直接生成,两种情况下反应温度均在220℃时达到最佳。
3.将所得的不同材料制成气体传感器,测试其对丙酮和乙醇蒸汽的气敏性能,确定各种材料的最佳工作温度,比较材料间气敏性能的差异,并利用XPS和FL等方法分析材料间气敏性能存在差异的原因。结果表明材料表面空间电荷层的厚度和氧空位的数量对材料的气敏性能有显著的影响。