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SnO2(锡石)是一种宽带隙n型半导体材料,它具有广泛的用途,但是最常见的一种用途还是作为气敏传感器的原料。因为实验发现,SnO2的气体敏感性质随着比表面积的增加会有很大改进,所以近年来研究重点趋向于制备纳米量级的SnO2作为气敏材料。
在本文中用两种方法:固相反应法和声化学法合成了SnO2纳米颗粒:
1.通过XRD、TEM、SAED和HRTEM分析形貌和微结构,发现产物颗粒分散,尺寸比较均匀,平均粒径在20nm以下,在特定制备条件下还得到了一种中孔网络状结构,这种结构具有很大的比表面积。
2.结合HRTEM观察讨论了纳米SnO2晶格结构中的CSP缺陷,分析CSP存在对材料的载流子浓度和导电性质产生的影响。
3.测量了SnO2样品的气敏系数,最大可达100,证明样品的气敏性质相当好。同时发现两步法(先生成SnO,再热氧化到SnO2)合成的样品与一步法(直接生成SnO2)合成的气敏性质有较大差异,主要表现为两步法合成的样品对乙醇有选择性(识别性),这是得到有选择性传感器的一种相对简便的新方法。
4.采用颗粒边界连接和瓶颈连接的简化模型,半定量讨论了气敏系数S和颗粒尺寸之间的关系,得出结果是随着粒径减小到纳米量级时,S迅速增大,这与实验事实相符合,从理论上证明了纳米SnO2作为气敏材料的优越性。
5.为了说明两步法和一步法合成的SnO2样品气敏性差别的原因,通过TG-DTA、XRD、SAED、TEM、UV-Vis详细研究了SnO颗粒的热氧化过程,设想了SnO2相在SnO颗粒表面成核生长的过程,发现SnO在300℃时几乎全部被氧化,但是在更高的温度下还有少量Sn2+离子残存,它们对气敏性质有明显影响。用Sn2+掺杂的机理简单解释了两步法样品对乙醇的选择性。