NO2是一种常见的大气污染物,是雾霾、酸雨、光化学烟雾以及温室效应的主要成因之一,对人类的健康和可持续发展有着严重影响。因此,开发能够有效检测NO2的高性能气敏材料,对改善空气质量和保障社会可持续发展显得尤为重要。氧化铟(In2O3)作为一种宽禁带、低电阻、高热稳定的半导体,在监测有毒有害气体方面显示出良好的应用前景。In2O3也存在着一些缺陷,如工作温度较高、响应恢复时间较长以及选择性差,这些缺点制约了其进一步发展。本文采用氧缺陷自掺杂和第二相修饰两种方法来提高In2O3的气敏性能。首先,采用复合软模板法合成中空球In(OH)3前驱体悬浮液,通过后续等离子喷涂制备了高比表面积且富含氧缺陷的中空In2O3气敏涂层。同时,通过第二相修饰制备了 CuO纳米颗粒-负载In2O3中空球复合气敏涂层和ZnO纳米颗粒-负载In2O3中空球复合气敏涂层。本文对涂层进行结构分析和气敏测试,分析气敏性能提升的机理。具体研究内容如下:(1)通过改进的复合软模板法制备了具有中空球形貌且结构更加稳定的In(OH)3前驱体悬浮液,以等离子生成辅助气体H2流量为变量,成功制备了富含氧缺陷的中空结构In2O3气敏涂层。以三种不同H2流量制备得到的气体传感器的最佳工作温度均为100℃,当H2流量为2 L/min时,涂层对NO2的气敏性能最佳,对100 ppb NO2的响应值达到了 4.7,响应/恢复时间仅为475/770 s,且具有良好的稳定性。研究表明,当H2流量为2 L/min时,氧缺陷含量较高,故气体传感器的气敏性能好,而当H2流量为4 L/min时,虽然氧缺陷含量最高,但其中空球结构被高温高速的等离子焰流破坏,比表面积大幅度下降,故气敏性能急剧下降。(2)将具有不同原子比的Cu(NO3)3溶液加入到In(OH)3前驱体悬浮液中,通过高温还原的方法制备了 CuO-In2O3中空球复合气敏涂层,得到五组具有不同原子比的复合气敏涂层。五组气体传感器的最佳工作温度为100℃,在这五组传感器中,CuO原子比例为2%时,传感器对NO2的气敏性能最佳,对500 ppb NO2的响应值达到了 859,响应恢复时间仅为430/170 s,且具有优异的选择性。适当负载量的CuO纳米颗粒极大的提高了 In2O3基气体传感器的灵敏度,降低了响应/恢复时间,分析认为CuO和In2O3之间形成的p-n异质结是气敏性能提升的主要原因。(3)将具有不同原子比的ZnSO4溶液加入到In(OH)3前驱体悬浮液中,通过高温还原的方法制备了 ZnO-In2O3中空球复合气敏涂层,得到五组具有不同原子比的复合气敏涂层。五组气体传感器的最佳工作温度为75℃,在这五组传感器中,ZnO原子比为1%时,气体传感器对NO2的气敏性能最佳,对500 ppb NO2的响应值达到了 2412,响应恢复时间仅为370/135 s,且具有良好的稳定性和选择性。分析认为ZnO和In2O3之间形成的异质结以及ZnO纳米颗粒的附着提高了材料的比表面积是气敏性能提升的主要原因。