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本文通过溶剂热法合成了氧化锡一维纳米材料并对这些材料进行了结构表征,通过考察添加剂、反应温度、时间等因素对合成材料的物相及形貌的影响,对氧化锡一维纳米材料的生长机理进行了初步探讨。将所制得的一维纳米材料按旁热式工艺制备成气敏元件并测试其气敏性能,与普通零维材料所制备的气敏元件进行了比较研究,探讨了气敏材料结构、形态与气敏性能的关系。本论文主要成果为:
1.以二价无机盐SNC2O4为锡源,在醇-水混合体系中通过溶剂热反应制备了SnO2纳米棒。纳米棒大小均匀,直径约为.50-70nm,长度约为1.8-2.0μm。研究发现,NaOH的添加量在SnO2纳米棒的合成过程中起着重要作用。对SnO2纳米棒的初步掺杂改性研究表明,浸渍法掺杂Pr,Dy后提高了氧化锡纳米棒元件对H2S和C2H5OH气体的灵敏度和响应.恢复特性,该元件有望用于对H2S和C2H5OH气体的检测。
2.在醇-水体系中通过溶剂热反应制备了基于四棱柱形单晶SnO2纳米线自组装的微球。经XRD、TEM、SEM和电子衍射表征对其物相、形貌变化和合成机理进行了讨论。研究发现,醇-水体系中通过溶剂热反应首先生成Na2Sn(OH)6中间相。中间相Na2Sn(OH)6在高于200℃的溶剂热反应温度下分解为SnO2。溶剂热反应温度对产物的形貌也有重要的影响。在285℃溶剂热条件下制备了四棱柱形单晶纳米线,纳米线的直径随温度的升高而减小。利用本实验所合成的四棱柱形SnO2纳米线作为敏感材料,对丙酮气体的检测下限低到20 ppm,响应-恢复时间分别为7 s和10 s。在测试时间内,材料的电阻没有出现明显的漂移。也就是说,利用四棱柱形SnO2纳米线作为敏感材料在高灵敏度的基础上提高了对丙酮气体检测的稳定性。
3.在不添加表面活性剂或络合剂等形貌控制剂的情况下,在醇-水体系中通过溶剂热反应调控合成了SnO2纳米棒和空心球。研究结果表明,反应溶液的pH值和溶剂热反应温度对SnO2纳米棒和空心球的调控合成起着重要作用。我们对所合成的SnO2纳米棒和空心球进行了气敏性能测定,测试结果表明,由于SnO2纳米棒高的热稳定性和一维纳米材料优良的电子传输特性,SnO2纳米棒在选择性、灵敏度和响应-恢复时间方面都优于空心球。
4.利用不同的锡源在溶剂热条件下分别制备了暴露面为(110)面和(100)面的SnO2纳米线,并对其气敏性能进行了初步研究。研究结果表明:在敏感材料的比表面积大致相等的情况下,暴露面为(110)面的SnO2纳米线对乙醇气体的灵敏度要明显高于暴露面为(100)面的SnO2纳米线。我们认为(110)面高的锡原子密度是造成其灵敏度较高的主要原因。而且,基于以上两种单晶Sn02纳米线所制备的气敏元件具有优良的稳定性。本章的实验结果为实际应用中制备高灵敏度和稳定性的SnO2气敏元件提供了一条新路经。