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《河南师范大学》 2010年
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In_2O_3纳米材料的制备、掺杂及气敏性能研究

李培  
【摘要】:In_2O_3是一种N型半导体气敏材料,具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率和较高的催化活性等特点,可广泛用于光电领域,如太阳能电池、液晶设备、气体传感器等。因此,In_2O_3纳米材料的研究与开发已成为热门课题。In_2O_3纳米材料气体传感器可应用到许多方面,如农业、生物工艺过程,建筑业,环境保护行业等。 本研究采用几种不同方法分别制备出In_2O_3纳米粉体,利用XRD对产品的物相进行了分析;用SEM与TEM对粉体晶粒的形貌和粒径进行了观察;研究了不同工作温度、气体浓度对材料气敏性能的影响。实验结果表明:室温固相合成法、化学共沉淀法和水热法制备的粉体的形貌为棒状。均匀沉淀法制备的In_2O_3气敏元件对Cl_2具有最佳的灵敏度,110℃工作温度下对100ppmCl_2的灵敏度高达1175,且具有选择性好,响应–恢复时间短等特性。 实验对水热法进行了深入探讨,分别对聚乙二醇(PEG)400/600/1000/2000和EO (Textlo)系列进行了详细研究。结果发现,加入PEG–600,采用水热法可以一步制备出In_2O_3纳米棒,棒的平均长度约150nm,直径约20nm,分布均匀。该材料在175℃的工作温度下对10ppmNO_2气体的灵敏度高达32.2,并且具有选择性好、响应-恢复时间短等特性。以Textlo138为表面活性剂,采用水热法一步制备出了In_2O_3纳米带,平均长度约200nm,直径约10nm,该材料在290℃的工作温度下对10ppmCl_2气体的灵敏度高达10.6,响应时间为8s,恢复时间为1s。 为了提高In_2O_3气敏材料的灵敏度,掺杂是一种行之有效的方法。文章采用金属元素Fe、Co、Ni对水热法制备的In_2O_3进行了掺杂。结果表明,掺杂后,元件对Cl_2和NO_2的灵敏度显著增加。7%(wt,下同)Fe(NO_3)_3掺杂In_2O_3样品制得的气敏元件,灵敏度最高;5%Co(NO_3)2掺杂和7%Ni(NO_3)2掺杂的元件,灵敏度也最高。以Ni(NO_3)_3掺杂为例,当掺杂量为7%时,元件在350℃工作温度下,对100ppmCl_2的灵敏度为843.1,对10ppmCl_2的灵敏度也可以达到28.5。且具有选择性好,响应–恢复时间短等特性。 同时采用稀土元素La、Ce、Pr、Nd分别对水热法制备的In_2O_3进行掺杂。结果表明,掺杂后,元件对Cl_2和NO_2的灵敏度显著增加。7%La(NO_3)_3掺杂的In_2O_3样品制得的气敏元件,灵敏度最高;3%Ce(NO_3)_3、7%Pr6O11、7%Nd(NO_3)_3掺杂制备的元件也分别达到灵敏度最高。以La(NO_3)_3掺杂为例,当掺杂量为7%时,元件在110℃低温下,对100ppmCl_2的灵敏度高达1665.667,且具有选择性好,响应–恢复时间短等特性。
【学位授予单位】:河南师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O649;O614.372

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【引证文献】
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【参考文献】
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