TiO₂ 是一种n 型半导体,正在被广泛用于CO、醇类、H₂ 等气体的气敏传感器的研究,而金红石结构的TiO₂材料是继ZrO₂氧敏材料后研究最多的氧敏材料之一。目前主要围绕贵金属如Pt、Pd 掺杂和金属氧化物掺杂,以提高其氧敏特性。除了Pt/TiO₂ 氧敏传感器已投入使用以外,这方面的研究尚处于实验阶段。而纳米材料的应用无疑为氧敏传感器的研究开拓了一个新的方向。本文在合成纳米级TiO₂粉体的基础上,对粉体及其所制成的元件进行了较为全面的表征和性能测试,初步分析了材料的合成、结构与性能之间的关系,并对其氧气敏感机理和还原性气体NH₃、CO、H₂ 的气敏机理进行了一些综合性的探讨,实验获得的主要结果如下: 1.本研究用氧化溶胶-凝胶法合成了TiO₂ 纳米粉体,并采用XRD、IR、ESEM 等手段进行结构表征。在80℃红外灯下干燥的粉体就有稳定的金红石相存在。研究了不同烧结温度对氧气敏感特性和还原性气体的敏感特性的影响,表明烧结温度对纯TiO₂气敏特性的影响较小。2.用同样方法研究了不同掺杂量Mo⁶⁺、W⁶⁺、Ce⁴⁺对材料晶相、微结构、氧敏和其他气敏性能的影响。Mo⁶⁺的掺杂有利于金红石相的形成、并能减小晶粒尺寸和颗粒度,Ti-O 键的红外振动吸收峰有较大蓝移的现象,在35mol%Mo⁶⁺的ESEM图中可以看出其颗粒尺寸较小且均匀。1mol%和5mol%W⁶⁺掺杂的样品均为金红石相,且粒径较大,而10mol%掺杂的样品存在锐钛矿相,粒径减小,W⁶⁺掺杂对IR 谱图的影响较小,从5mol%W⁶⁺掺杂的样品的ESEM 图可以看出颗粒的增大,且孔隙较多。Ce⁴⁺掺杂有利于减小TiO₂的晶粒尺寸,但会增加材料颗粒度,IR 峰有少量蓝移,从5mol%Ce⁴⁺掺杂样品ESEM 图观察到颗粒较大且均匀性差,气敏性方面并没有造成影响。3. 21mol%和35mol%Mo⁶⁺掺杂可以提高氧敏特性和对CO、H₂、NH₃ 的气敏特性,7mol%掺杂基本没有变化。5mol%W6+掺杂的样品氧敏性和其它气敏性有较大提高,1mol%和10mol%掺杂的影响较小。600℃烧结的掺杂35mol%Mo⁶⁺的样品氧气和其它气体灵敏度均减小。4.不同掺杂物可能的氧敏机理不同,其它气体的敏感性在很大程度取决于材料表面的吸附氧。