【正文】 .................................... 9 4 氣敏機(jī)理探討 ............................................................... 9 ............................................................... 11 參考文獻(xiàn) ................................................................... 13 致 謝 ..................................................................... 14 河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 前 言 隨著科技的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中使用的氣體原料及在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體數(shù)量和種類越來(lái)越多， Cl2 、 H2S、 NO煤氣、天然氣等多種有毒和可燃?xì)怏w不僅污染環(huán)境，而且可引起爆炸、火災(zāi)， 存在 使人中毒的危險(xiǎn)，隨著人們對(duì)健康認(rèn)識(shí)的不斷提高，人們?cè)谌粘Ｉ?、工業(yè)生產(chǎn)中不斷加強(qiáng)了防范意識(shí) [1]。近年來(lái)，各國(guó)研究者在半導(dǎo)體氣敏傳感器的研究與開(kāi)發(fā)方面做了大量工作。 SnO2 、 TiO ZnO、 Fe2O3 等半導(dǎo)體金屬氧化物作為氣敏材料已被廣泛使用。 目前，半導(dǎo)體氣敏傳感器已發(fā)展成一大體系。 In2O3作為新的 n 型半導(dǎo)體氣敏材料 ， 以其優(yōu)良的氣敏特性 , 也已引起研究者的關(guān)注，在氣敏傳感器的應(yīng)用方面不斷拓展。文獻(xiàn)報(bào)道 最早見(jiàn) 于 1967 年 ，我國(guó)的研究起步較晚，最早見(jiàn)于 1995 年， 2020 年前后出現(xiàn)較大量的文獻(xiàn)報(bào)道。 In2O3與 SnO ZnO、 Fe2O3相比，具有較寬的禁帶寬度、較小的電阻率和較高的催化活性等特點(diǎn)。 In2O3較小的電阻率可以降低氣敏材料的功耗 ，因此 可以應(yīng)用到可燃?xì)怏w、有毒氣體的檢漏報(bào)警、環(huán)境氣體的監(jiān)控等領(lǐng)域 。 由于納米 In2O3 具有塊狀材料所不具備的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng) 等 許多優(yōu)異的性能， 研究開(kāi)發(fā)相關(guān)材料和器件，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種有毒、有害氣體的探測(cè)，對(duì)易燃?xì)怏w進(jìn)行報(bào)警，對(duì)大氣污染、 工業(yè)廢氣的檢控，具有十分重要的意義和實(shí)用價(jià)值。 In2O3 的 制備及應(yīng)用成為了近幾年國(guó)內(nèi)外科技研究的熱點(diǎn)之一[211]。 納米 In2O3粉體 的制備方法通常有 化學(xué)沉淀法 [12] 、溶膠凝膠法 [13] 、脈沖激光沉積 [14]法、氣相沉積法 [15]、沉淀法 [16]、室溫固相反應(yīng)法 [17]、電弧放電共沸蒸餾法 [18]、減壓 — 揮發(fā)氧化法 [19]、熔化霧化燃燒法 [20]、 高壓噴霧分解法 [21]、 模板法 [22]等。 本文 采用 了 In2O3納米粉體 的幾種簡(jiǎn)便的 化學(xué)制備方法，包括室溫固相合成法、溶劑熱法、微乳液法、溶膠凝膠法 、化學(xué)共沉淀法、均勻沉淀法等六種方法 ， 用 XRD 對(duì)材料進(jìn)行表征 ， 計(jì)算表明， 粉體粒徑均在納米范圍 。通過(guò)氣敏性研究發(fā)現(xiàn)，幾種方法 制備的 In2O3 納米材料 對(duì)氧化性氣體如 Cl2 具有較好的氣敏性能并進(jìn)一步分析其敏感機(jī)理。 有望進(jìn)一步開(kāi)發(fā)對(duì)各種氧 化性氣體更加靈敏 的 In2O3氣敏 元件 ， 以 有效防止惡性事件的發(fā)生。 河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 實(shí)驗(yàn)部分 試劑與儀器 實(shí)驗(yàn)試劑 In(NO3)3 分析純 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 NaOH 分析純 天津市化學(xué)試劑三廠 檸檬酸 分析純 天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠 聚乙二醇 600 分析純 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所 無(wú)水乙醇 分析純 北京化工廠 氨水 分析純 洛陽(yáng)市化學(xué)試劑廠 尿素 分析純 天津市科密試劑開(kāi)發(fā)中心 聚氧乙烯十二烷基醚 正辛烷 正己醇 均為分析純 實(shí)驗(yàn)儀器 電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司） 馬弗爐（上海電機(jī)集團(tuán)實(shí)驗(yàn)電爐廠） 電子天平（梅特勒 .托利多儀器有限公司） 氣敏元件測(cè)試系統(tǒng)（河南漢威電子有限公司） D8X射線衍射儀（德國(guó)布魯克公司） KQ2200DB型數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司） 真空抽濾機(jī) （鞏義市英峪儀器廠） 聚四氟乙烯襯底 40mL的反應(yīng)釜 實(shí)驗(yàn) 方法 室溫 固相合成法 準(zhǔn)確稱取適量的 In(NO3)3 和 NaOH(摩爾比 1： 3) 放入瑪瑙研缽中，充分混合后研磨 30min，超聲波分散，抽濾，干燥得到前驅(qū)體 In(OH) 600℃ 煅燒兩小時(shí)，生成 In2O3粉體。 溶劑 熱法 稱取 適量的 In(NO3)3 ， 聚乙二醇 600，無(wú)水乙醇 ， 放入燒杯中，攪拌 15min后轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜中， 140℃反應(yīng) 12h， 自然冷卻至室溫，抽濾，干燥即得 In2O3粉體。 將 河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 粉體三等分，其中 兩 份分別 在 500℃ 、 600℃ 煅燒兩小時(shí)。 微乳液法 準(zhǔn)確 量取聚氧乙烯十二烷基醚、正辛烷、正己醇各 2mL，均勻 混合 ， 25℃乳化溫度下攪拌均勻，滴加 In(NO3)3溶液充分乳化。 然后 在乳化液中滴加氨水，充分?jǐn)嚢?， 得黃色半透明液體。抽濾 ， 干燥 。 600℃ 煅燒兩小時(shí)，研細(xì)即得到 In2O3粉體。 溶膠凝膠法 將 In(NO3)3 配制成 ， 加入少量檸檬酸助劑， 60℃ 恒溫 攪拌下緩 慢滴加氨水， 至 PH=6 時(shí)形成良好溶膠。 80℃水浴干 燥 ， 得到凝膠， 120℃干燥 ， 得到干凝膠 。 將其于 600℃煅燒兩小時(shí)，研細(xì)即得到 In2O3 粉體。 化學(xué)共沉淀法 稱取 適量的 In(NO3)3 ， 配制成溶液， 采用 雙滴加料將氨水和 In(NO3)3溶液滴入盛有一定量去離子水并 60℃ 恒溫 的燒瓶中，維持 PH=8， 持續(xù)攪拌至完全形成白色 的In(OH)3膠狀沉淀。靜置陳化， 超聲分散 ， 抽濾， 干燥 。 600℃ 煅燒兩小時(shí)即得 In2O3粉體。 均勻沉淀法 將 In(NO3)3 配制成一定濃度的溶液， 70℃恒溫。用尿素作沉淀劑，攪拌下滴加 70℃ 左右的尿素溶液 ，維持 PH=8， 至生成 In(OH)3白色沉淀。靜置陳化 ， 抽濾 ， 干燥 。600℃ 煅燒兩小時(shí)即得 In2O3粉體。 2 氣敏元件的制備，老化及測(cè)試 [23] 氣敏元件的制備及老化 取 適量 600℃ 2h條件下 煅燒的 不同方法制備的納米 In2O3粉體 ， 分別 加入適量的 松樹(shù)油 粘合劑，充分研磨均勻，涂敷到 纏繞鉑絲電極的 陶瓷管表面 ， 600oC條件下，熱處理 2h。然后 陶瓷管中放置加熱用的鎳鉻絲， 制 成 旁熱式氣敏元件 。為了防止涂 敷 的不均勻等原因影響氣敏性能的測(cè)定，每種樣品涂制兩個(gè)氣敏元件 。 圖 1所示為元件的結(jié)構(gòu) 示意 圖： 河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 圖 1 元件結(jié)構(gòu)示意圖 為了提高元件的穩(wěn)定性，將元件進(jìn)行老化處理，即將氣敏元件在 300℃ 條件下，于老化臺(tái)上老化 240h。 氣敏元件的測(cè)試 氣敏性能測(cè)試在 在 HWC30A漢威元件測(cè)試系統(tǒng)上完成 。 該系統(tǒng)采用靜態(tài)配氣法 ， 通過(guò)測(cè)試氣敏元件串聯(lián)的負(fù)載電阻上的