论文部分内容阅读
TiO2是宽禁带N型金属氧化物半导体材料,禁带宽度为3.2eV,晶粒尺寸介于1~100nm。纳米TiO2气敏材料粒径小,比表面积大,相对气体阻抗变化大等优点,提高了TiO2气敏传感器的灵敏度,改善了气敏传感器的性能,在各种传感器、太阳能电池、光催化环境监测等领域有重要的应用前景。目前,气敏传感器的发展趋势集中表现为:提高灵敏度和稳定性,降低功耗和成本,缩小尺寸。 本文采用sol-gel法制备纳米TiO2,利用钛酸丁酯与无水乙醇的水解-缩聚反应制备了纳米TiO2胶体,通过最佳掺杂理论的指导制备出了未掺杂的TiO2、2wt%ZnO-TiO2、4wt%ZnO-TiO2以及6wt%ZnO-TiO2四种不同掺杂量的样品粉末,并分别在马弗炉中进行500℃、700℃、900℃退火温度的处理,通过XRD、SEM等检测手段对其物相、结构和表面微观形貌等进行了分析研究。利用涂覆法将制备的纳米粉末涂抹在Al2O3陶瓷管上制备了旁热式气敏元件。通过气敏元件测试系统对不同气体的气敏特性进行了检测,重点研究了ZnO的掺杂量、退火温度对TiO2气敏元件的灵敏度、选择性和响应-恢复时间的影响。结果表明:ZnO的掺杂有效抑制了TiO2晶粒的生长,随着掺杂浓度的提高,TiO2结晶粒径在逐渐减小,于700℃退火、w(ZnO)=4wt%的ZnO-TiO2的结晶粒径为15.9nm;制备的TiO2气敏元件对氨水蒸汽表现出了单一选择性,对氨气的最高灵敏度达到9354左右,响应和恢复时间均为1s。