【正文】 最后，我真誠(chéng)地 感謝 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 和我的母校 — 河南師范大學(xué) 四年來(lái)對(duì)我的栽培 ！ 。 和你們共同生活和學(xué)習(xí)的四年當(dāng)中 ,我收獲了最寶 貴的友誼。 祝愿你們?cè)谏詈凸ぷ饕磺许樌?!再者 ，感謝身邊所有的朋友與同學(xué)，謝謝你們四年來(lái)的關(guān)照與寬容。在即將畢業(yè)之際 ,我首先向所有老師們表示衷心的感謝 !老師們淵博的知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，誨人不倦的育人精神和謙遜寬厚的處世方式使我終生受益。 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，我的專業(yè)知識(shí)和科研水平有了更進(jìn)一步的提高 ， 我要感謝化工教研室的所有老師們，謝謝你們 四年來(lái) 創(chuàng)造 的學(xué)術(shù)氛圍及傳授給我的知識(shí) ,那將使我受益 終生 。 在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中她不僅熱心幫我解決 實(shí)驗(yàn) 遇到的困惑 ，還 提出了很多寶貴的 意見(jiàn) 。沒(méi)有 婁 老師的細(xì)心指導(dǎo)，這篇論文是不可能 圓滿 完成的。 我很敬佩婁 老師嚴(yán)謹(jǐn) 的 治學(xué) 態(tài)度 和 對(duì) 科學(xué)研究的 執(zhí)著 精神 ，他 是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣 。 在畢業(yè)論文 即將 完成之際，我首先 要感謝 我的導(dǎo)師婁向東老師 。因此在貫穿綠色化學(xué)、化工的理念的前提下，改進(jìn)已有的工藝條件，開(kāi)發(fā)新的工藝條件制備性能優(yōu)異的 In2O3納米材料， 使其更好的造福于人 類(lèi)。雖然 In2O3氣敏機(jī)理是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，它不僅涉及吸附理論、表面物化反應(yīng)、表面狀態(tài)及半導(dǎo)體電子理論等知 識(shí)，而且同一反應(yīng)往往是多種機(jī)理共同 起作用；同時(shí)，其氣敏性能與氧的存在是分不開(kāi)的，從催化氧化反應(yīng)的角度出發(fā)推測(cè)氣固反應(yīng)機(jī)制、研究氣敏效應(yīng)，可以洞悉反應(yīng)機(jī)理，深入研究反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，對(duì)改進(jìn)氣敏性能、開(kāi)發(fā)新型 半 河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 導(dǎo)體 氣敏材料及摻雜物質(zhì)都有著重要的指導(dǎo)意義。 以所得 In2O3 材料制備了 旁熱式燒結(jié)型 氣敏元件， 元件的最佳工作溫度是 110℃，對(duì)Cl2 有較好的靈敏度和較好的響應(yīng) 恢復(fù)時(shí)間， 可望進(jìn)一步開(kāi)發(fā)為用于化工生產(chǎn)及環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的新型 氧化性氣體敏 感材料。 室 溫固相合成法、 溶劑熱法 、 化學(xué)共沉淀法 制得的 In2O3粒徑較 小 。所以，近年來(lái)利用水熱 /溶劑熱法制備納米材料受到人們的廣泛關(guān)注。另外， 實(shí) 驗(yàn) 采用溶劑熱法一步合成了 In2O3，省去了生成 In(OH)3的中間過(guò)程， 無(wú)需煅燒， 簡(jiǎn)化了 In2O3的合成工藝，合成 In2O3與傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法合成 In2O3 的氣敏性能經(jīng)過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性均優(yōu)于化學(xué)沉淀法合成材料 。 因?yàn)?均勻沉淀法是利用某一化學(xué)反應(yīng)，使溶液中的構(gòu)晶離子由溶液中緩慢、均勻的釋放出來(lái) ， 避免 了沉淀劑局部過(guò)濃的不均勻現(xiàn)象 。本實(shí)驗(yàn)選擇In(NO3)3 各種方法均有其優(yōu)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)制備過(guò)程控制好實(shí)驗(yàn)條件至關(guān)重要。 影響材料氣敏性能的機(jī)制有兩種：（ 1）材料本身的表面微結(jié)構(gòu)，如表面氧吸附量決定了空間電荷的量；（ 2）材料中電子傳導(dǎo)機(jī)制，燒結(jié)后的顆粒以頸部相連，頸部的寬度是阻礙電子運(yùn)動(dòng)的主要因素，它主要取決于粒徑的大小。 第一個(gè)過(guò)程： NO2 ,gas + (Z) s ←→ (ZO) s + NOgas 在 In2O3中 In3+和 F是吸附中心 (Z) s。隨著溫度的升高 ， 吸附的氧氣及氯氣分子會(huì)以游離的形式解析 ： 1/ 2 Cl2 (gas) + e←→ Cl(ads) 吸附的電子又重新回到半導(dǎo)體表面 ， 從而減小了電導(dǎo)的降低 ， 達(dá)到檢測(cè)的目的。當(dāng) In2O3暴露于空氣中時(shí) ， 由于吸附氧從材料導(dǎo)帶獲取電子而發(fā)生價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)換 ： O2 (gas) → O2(ads) → O22 (ads) → 2O (ads) → 2O2 (ads) 材料電導(dǎo)呈整體下降。 + e VO 這里 對(duì) Cl2 、NO2氣敏機(jī)理進(jìn)行 簡(jiǎn)要 分析： 牛新書(shū)等 [28 ]認(rèn)為 ： In2O3具有 n 型半導(dǎo)體的特征 ， 當(dāng) In2O3暴露于空氣中會(huì)吸附空氣中的 O2 ,化學(xué)反應(yīng)如下所示 : O2 + e→ O2(ads) 在一定溫度下 ， O2發(fā)生化學(xué)吸附從 In2O3中奪取電子形成吸附態(tài)的 O O和 O2 等 ， 從而使 n型半導(dǎo)體電阻增加。 涉及 In2O3基納米材料氣敏特性的主要過(guò)程有 ： 對(duì)氧分子的吸附和離子化、對(duì)待測(cè)氣體分子的吸附和離子化 。 電子傳遞的結(jié)果是在半導(dǎo)體表面形成電荷耗盡層 ,引起能帶彎曲使逸出功和電導(dǎo)率產(chǎn)生變化 。 半導(dǎo)體氣敏傳感器是基于金屬氧化物與氣體發(fā)生作用電導(dǎo)率變化來(lái)檢測(cè)氣體的 。當(dāng)遇到有能供給電子的 氧化性氣體 時(shí)，原來(lái)吸附的氧脫附，而由 氧化性 氣體以正離子狀態(tài)吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體表面；氧脫附放出電子，氣體以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使氧化物半 導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加，電阻值下降。半導(dǎo)體氣敏元件靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，自 60年代問(wèn)世以來(lái)發(fā)展迅速。 4 敏感 機(jī)理 探討 氣敏元件的氣敏效應(yīng)機(jī)理是一個(gè) 復(fù)雜的問(wèn)題，尚處于探索階段。 ② 元件 響應(yīng)時(shí)間 為 5s，恢復(fù) 時(shí)間為 5s。定義響應(yīng)時(shí)間 tres為元件接觸被測(cè)氣體后，負(fù)載電阻 R1上的電壓由 U0變化到U0+90％ (Ux— U0)所需的時(shí)間；恢復(fù)時(shí)間 trev為元件脫離被測(cè)氣體后，負(fù)載電阻 RL上的電壓由U0恢復(fù)到 U0+10％ (Ux— U0)所需的時(shí)間， U0為元件在空氣中時(shí)負(fù)載電阻上的電壓值， Ux為元件在被測(cè)氣體中時(shí)負(fù)載電阻上的電壓值。 河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 氣敏元件的響應(yīng) — 恢復(fù)特性 ① ② 圖 8 元件的響應(yīng) — 恢復(fù)曲線 圖 8① 、 ② 分別 為 均勻沉淀法制備的 In2O3粉體制得的氣敏元件在 110℃ 、 250℃ 工作溫度下 對(duì) 100ppmCl2的 響應(yīng) 恢復(fù)曲線。如圖 7所示 Cl2對(duì)干擾氣體 NO 氨水 、 H2S、乙醇、汽油、甲醛的選擇性分別為 60、 1000、 1000、 1000、 1000、 1000左右 。氣體傳感器的選擇性高低用選擇性系數(shù)來(lái)表示，它表示氣體傳感器對(duì)被檢測(cè)氣體的識(shí)別以及對(duì)干擾氣體的抑制能力。理論要求是在相同的體 積分?jǐn)?shù)條件下 ,對(duì)所被檢測(cè)氣體之一有較好的靈敏度，而對(duì)其他種類(lèi)的氣體的靈敏性能較低或者根本沒(méi)有靈敏性能，則證明此材料具有良好的選擇性。 元件的選擇性 圖 7 元件對(duì)不同氣體的靈敏度 圖 7為 均勻沉淀法制備的 In2O3粉體制得的氣敏元件在 110℃ 下 對(duì) 100ppm不同氣體的靈敏度關(guān)系曲線。 空氣中氯氣 含量最高 允許 濃度為 1mg/m3。 如圖所示， 當(dāng) Cl2濃度較低時(shí)，元件靈敏度較小，隨著 Cl2濃度的增加，元件吸 河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 附的 Cl2分子越多，在較低 濃度 范圍內(nèi)，元件的 靈敏度 隨 Cl2濃度 增加，上升緩慢 。隨著工作溫度的升高，體系獲得足夠的能量可以克服 施主電離能 E0，其載流子濃度驟增，電導(dǎo)變大，呈現(xiàn)出主要靠電子導(dǎo)電的 n型半導(dǎo)體特征。工作溫度對(duì)靈敏度的影響較大， 在測(cè)試范圍內(nèi)， 靈敏度均隨加熱 溫度 的升高而 呈現(xiàn)下降趨勢(shì) ，存在一個(gè)最大值，此值對(duì)應(yīng)的 加熱溫度 即為最佳 加熱溫度 。 我們測(cè)定了元件在不同加熱 溫度下， 600℃ 煅燒 2h的 元件靈敏度隨著加熱 溫度 的升高大致呈現(xiàn) 先 高 后 低的 趨勢(shì) ，其最大值出現(xiàn)在 110℃ 附近。 該結(jié)果除 與制備方法有關(guān)，實(shí)驗(yàn)條件的控制、元件的制備 過(guò)程 等因素也 是 影響 靈敏度數(shù)據(jù) 的 因素 。結(jié)果表明 用均勻沉淀法所得的 In2O3 元件對(duì) Cl2 的靈敏度最高 ，可達(dá)1175， 化學(xué)沉淀法 所得的 In2O3 元件 Cl2靈敏度也較 高 ，達(dá)到 174。 氣敏性能的測(cè)定 制備方法對(duì)元件靈敏度的影響 020040060080010001200 靈敏度