【摘 要】
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随着我国工业化和城镇化步伐的加快特别是重化工业和交通运输业的快速发展,工厂废气和汽车尾气肆意的排放,导致了严重的空气污染,使得我们的身体健康受到威胁。所以需要及时检测出这些有毒有害气体以减少这些气体对人体健康的伤害及对环境的污染。气体传感器在多种气体检测技术中脱颖而出,其中金属氧化物半导体气体传感器以其易于制作和成本低廉等优点成为科学家研究的热点。二氧化锡（SnO2）是n型半导体,直接禁带宽度为3
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随着我国工业化和城镇化步伐的加快特别是重化工业和交通运输业的快速发展,工厂废气和汽车尾气肆意的排放,导致了严重的空气污染,使得我们的身体健康受到威胁。所以需要及时检测出这些有毒有害气体以减少这些气体对人体健康的伤害及对环境的污染。气体传感器在多种气体检测技术中脱颖而出,其中金属氧化物半导体气体传感器以其易于制作和成本低廉等优点成为科学家研究的热点。二氧化锡（SnO2）是n型半导体,直接禁带宽度为3.2 e V,它不但化学热稳定性好,且具有优异的电学、催化和传感特性。在半导体气体传感器领域的研究中,SnO2是一种应用最为广泛的传感材料,但是单一的SnO2材料存在选择性差、检测下限高等缺陷,所以在应用上受到限制。为改善SnO2基传感器的气敏性能,本论文通过金属离子掺杂和构建异质结的方式对SnO2材料进行改性处理,具体研究内容如下:用水热法合成了具备花状结构的SnO2材料,通过控制Pd掺杂的量对SnO2进行改性处理,并对形貌和结构表征。SEM结果显示出制备的材料具有花状结构,尺寸在4微米左右。基于各样品的气敏测试结果,我们发现5 mol%Pd掺杂的SnO2样品在不同温度下分别对NO2和H2S有较高的响应,其中在80°C,对10 ppm NO2气体的响应为380,检测下限为20 ppb;在180°C对10 ppm H2S气体的响应为151,是纯的SnO2敏感材料的50倍,检测下限为500 ppb。同时器件在测试过程中表现出良好的重复性。因此以Pd掺杂的SnO2的敏感材料,通过调节温度可以实现对H2S、NO2两种气体的探测。Pd掺杂引起的载体浓度降低和Pd的催化作用是传感器性能提高的原因。通过溶剂热法和控制烧结温度成功合成Sn O/SnO2复合材料,并将材料进行多种表征和传感性能的测试。所制备材料包括S1（未烧结）、S2（300°C）、S3（500°C）和S4（700°C）,XRD结果表明S1、S2都包含Sn O与SnO2两相,TEM图像显示出Sn O与SnO2界面有很好的晶格匹配,证实了Sn O/SnO2异质结的存在;而S3、S4是SnO2纯相,说明当烧结温度高于500°C时,Sn O完全氧化为SnO2。在四个敏感材料中,在烧结温度为300℃时传感器的各个参数最好,该样品的传感器在225°C时对三乙胺的响应为33,检测下限为500 ppb,响应时间为2 s,同时器件具有可恢复性。Sn O/SnO2复合材料的三乙胺传感特性的改善可归因于以下两个主要原因:（1）丰富的活性位点允许更多的气体参与反应;（2）P-N异质结对载流子的调控能力;另外,目标气体分子中与传感反应相关的化学键易断裂,容易在材料表面与化学吸附氧反应,这些因素提高了器件对三乙胺气体的气敏特性。
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