【摘 要】
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In2O3作为一种新型的气敏传感器始于20世纪60年代,其作为气敏材料对氧化性气体(Cl2、NO2)灵敏度高,稳定性好。但选择性差,恢复慢。因此,改善其对某些气体的选择性和恢复性能成为
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In2O3作为一种新型的气敏传感器始于20世纪60年代,其作为气敏材料对氧化性气体(Cl2、NO2)灵敏度高,稳定性好。但选择性差,恢复慢。因此,改善其对某些气体的选择性和恢复性能成为人们研究的热点。人们通过各种方法的改进,具体包括制备方法的改进,金属元素的掺杂,氧化物的复合,样品的薄膜化等。基于这样的考虑,本文从以下几个方面研究了对In2O3气敏材料性能上的改进。
首先是利用各种现代化的手段制备出了一系列纯In2O3和掺杂In2O3,并利用XRD对产品的物相进行了分析,结合Scherrer公式对晶粒的原始尺寸和晶胞参数进行了计算;用TEM对粉体晶粒的粒径和形貌进行了观察;将产物粉体制成气敏元件,用静态配气法在气敏测试仪上进行了灵敏度和响应-恢复曲线的测试,研究了各种材料的气敏特性,并计算出其响应-恢复时间。
不同制备方法对In2O3气敏性能的比较发现,微乳液法制备In2O3对Cl2的灵敏度最高,溶胶凝胶法制备In2O3恢复时间较快。其原因可能是在制备过程中溶胶凝胶法烧结现象严重,产物粒径相对较大,有利于气体的脱附;微乳液法由于形成微小反应器,产品细小均一,活性大,有利于吸附气体。通过阴离子SO42-掺杂发现,经600℃处理的SO42-掺杂的样品对NO2的灵敏度、选择性及恢复特性得到很大的提高,900℃处理的SO42-掺杂的样品对Cl2的灵敏度和选择性也得到不同程度的提高,且恢复时间降低。可能是由于SO42-半径较大,更有利于气体的脱附。此外,还采用不同稀土阳离子Eu3+、Gd3+、Ho3+掺杂对In2O3进行改性研究表明,三种离子的加入均改善了In2O3对还原性气体H2S的敏感度、选择性及恢复特性。综合比较实验结果,在工作温度195℃时,掺入质量百分含量为5%的Ho2O3后,材料对H2S气体有很好的灵敏度、选择性、响应-恢复特性。稀土离子的加入为In2O3提供了碱性表面,更有利于对酸性气体H2S的吸附。
实验中通过稀土Ho3+离子掺杂能对低浓度还原性气体H2S进行检测,SO42-掺杂成功实现了对有毒强氧化性气体Cl2、NO2的检测。该结果为工农业生产和环境检测提供了一定的参考价值。
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