铟基半导体纳米材料结构构筑及其气敏性能研究

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随着工业技术的迅猛发展,人类对安全和健康的意识日益提高,迫切地需要监控各种生活和生产场所中的空气质量。对气体的检测和监控已经广泛地渗透到各个领域。因此,发展气体检测方法和气体检测设备具有很好地应用前景。由于金属氧化物纳米材料的比表面积大、表面活性高,对周围的环境表现得非常敏感,很多研究人员开始转向金属氧化物纳米材料用于气体传感器的研究。而且以金属氧化物纳米材料制备得到的气体传感器灵敏度高、响应和恢复速度快。In2O3是一种典型的n型宽禁带半导体金属氧化物,具有优良的光学和电学性质。In2O3往往是由前驱体In(OH)3煅烧制得的。In(OH)3是一个具有5.15 eV的直接带隙宽禁带的半导体。然而,其作为半导体,以往的大多数研究都是制备出的In(OH)3具有良好的结晶或形貌,很少研究其实际应用。现已有文献报道了In(OH)3在光催化剂、气体传感器中应用。我们认为In(OH)3在气体探测器中有很好的应用前景。基于以上内容,本文作了以下三个方面的工作:(1)以硝酸铟为铟源,六次甲基四胺(HMT)为沉淀剂利用水热法制备出孔道丰富的立方体In(OH)3。研究了水热因素对In(OH)3气敏性能的影响。通过XRD测试分析所得物质及其结构,并通过SEM,TEM测试所得材料的形貌和微观结构。从而推测出粒子的形成机理。将In(OH)3样品制成气体传感器,测试其对有害气体的灵敏度、响应时间、可检测的最低浓度、及其选择性。对In(OH)3进行诱导,其半导体导电类型发生改变。对诱导后的In(OH)3的气敏性能进行了研究。最后,根据XPS和原位红外提出了In(OH)3半导体导电类型转变机理。(2)将水热法制备所得的前驱体In(OH)3退火处理得到In2O3。通过XRD测试分析所得物质成分及结构,并通过TEM测试所得材料的形貌和微观结构。将In2O3样品制备成传感器,测试其对有害气体的灵敏度、响应时间、可检测的最低浓度、及其选择性。对In2O3进行处理,诱导其半导体导电类型发生转变。对诱导后的In(OH)3的气敏性能进行了研究。最后,根据XPS和原位红外提出了In2O3半导体导电类型转变的机理。(3)以硝酸铟为铟源,乙醇和二甲基甲酰胺(DMF)混合液为溶剂,加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(Mw=130,000)制备前驱液,利用静电纺丝技术纺出含高分子的复合纤维,然后再经过高温退火处理除掉高分子获得管状In2O3的纳米纤维。研究了PVP浓度、纺丝电压、接收距离对PVP纳米纤维的形貌的影响。通过XRD测试分析所得物质及其结构,并通过SEM测试得到材料的形态和微观结构。以所制备的In2O3样品为基底制备传感器,测试其对有害气体的灵敏度、响应时间、可检测的最低浓度、及其选择性。考察了铟盐的含量对最终产物的结构及性能的影响。
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