【摘 要】
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金属氧化物具有成本低、制备简单、结构稳定和环境友好等优点,因此是气敏传感器领域的研究热点。然而,与硫化物等室温气敏传感器材料不同,半导体金属氧化物的工作温度通常大于200°C,功耗较大,且不利于检测易燃易爆气体。因此如何制备出灵敏度高且工作温度低的气敏传感器一直是研究的热点和难点。ZnSnO3是一种具有钙钛矿结构的n型宽禁带半导体,可以看作是Zn O和Sn O2的复合物,在光电性能上兼具二者的优点
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金属氧化物具有成本低、制备简单、结构稳定和环境友好等优点,因此是气敏传感器领域的研究热点。然而,与硫化物等室温气敏传感器材料不同,半导体金属氧化物的工作温度通常大于200°C,功耗较大,且不利于检测易燃易爆气体。因此如何制备出灵敏度高且工作温度低的气敏传感器一直是研究的热点和难点。ZnSnO3是一种具有钙钛矿结构的n型宽禁带半导体,可以看作是Zn O和Sn O2的复合物,在光电性能上兼具二者的优点。但ZnSnO3气敏传感器仍存在工作温度高的缺点。针对这一问题,本文采用Fe3+掺杂、nano-TiO2/WO3共修饰和紫外光照射的方法,不仅降低了ZnSnO3的工作温度,同时还使其具有较高的气敏性能。首先,以三乙醇胺（TEOA）为表面活性剂,采用共沉淀法制备了Zn Sn（OH）6前驱体,高温脱水后得到了ZnSnO3纳米颗粒（粒径为600-900 nm）。其次,采用Fe3+对ZnSnO3掺杂,成功制备了Zn1-xFexSn O3+x/2纳米颗粒（ZFxSO,0≤x≤0.2）。Fe3+掺杂对ZnSnO3纳米颗粒形貌无明显影响,但显著提升了其气敏性能;在相同的500 ppm乙醇浓度下,Fe3+掺杂使ZnSnO3的最大气体响应(Rmax)由154.0（220°C）提高到260.8(260°C,ZF0.1SO),但工作温度也相应增加了。最后,采用nano-TiO2/WO3对ZF0.1SO进行共修饰。当nano-TiO2和nano-WO3的修饰量分别为10 wt%和1 wt%时,在紫外光照射（385 nm）下,TiO2-WO3@ZF0.1SO复合材料的Rmax为219.5,相应的工作温度为100°C。XPS分析表明,Fe3+掺杂使ZnSnO3的氧空位增多,提升了其气敏活性;UV-vis分析表明,nano-TiO2/WO3共修饰扩宽了ZF0.1SO对紫外光的吸收,提高了对紫外光的利用效率,有利于更多电子和氧负离子的产生。机理分析表明,紫外光照条件下高能电子从nano-TiO2和WO3转移至ZF0.1SO表面,有助于形成高能氧负离子,降低工作温度。综上,本文制备了纳米级别的ZnSnO3材料,并通过Fe3+掺杂、nano-TiO2/WO3共修饰和紫外光照射等方法提升了气敏性能,并使其工作温度降至100°C。以上采取的措施为降低氧化物气敏传感器的工作温度提供了一种新思路。
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