【摘 要】
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随着工业化和城市化迅速发展,人们对于环保以及自身健康安全的意识也日益提高。近年来,有关温室效应,酸雨和臭氧层的新闻屡见不鲜,这无不揭示着空气污染对自然环境的影响。空气污染物的主要来源于工厂废气、汽车尾气以及用煤作为原料的家庭取暖。若对这些排出的气体后处理不充分,将进一步加剧空气污染,威胁着人类的财产安全以及生命健康。因此,科学家们发明出气体传感器用来检测有毒气体的浓度能否威胁人类安全。虽然气体传感
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随着工业化和城市化迅速发展,人们对于环保以及自身健康安全的意识也日益提高。近年来,有关温室效应,酸雨和臭氧层的新闻屡见不鲜,这无不揭示着空气污染对自然环境的影响。空气污染物的主要来源于工厂废气、汽车尾气以及用煤作为原料的家庭取暖。若对这些排出的气体后处理不充分,将进一步加剧空气污染,威胁着人类的财产安全以及生命健康。因此,科学家们发明出气体传感器用来检测有毒气体的浓度能否威胁人类安全。虽然气体传感器已经发展了几十年并且发展出多种多样的气体敏感材料,但氧化物半导体气气体敏感材料由于其成本低,高响应值等特点从发现到至今备受科学家们的青睐。其中氧化铟（In2O3）作为Ⅲ-Ⅵ族n型氧化物半导体中的一员,由于它具有合适的带隙宽度（2.8 e V）,稳定性和低毒性并且对大多数气体具有较高的灵敏度。因此In2O3经常被拿来作为气敏材料。但纯氧化铟的气敏性能不太令人满意,为了提高气敏性能,各种各样的改性工艺被应用,其中包括掺杂、形貌调控以及复合多相材料。本文从掺杂以及形貌的调控来改善In2O3的气敏性能。具体的工作如下:（1）通过简单溶剂热法在不需要模板的情况下制备合成了立方形貌的Cd掺杂的In2O3。我们通过各种方法表征掺杂前后物相的结构和性质。在扫描电子显微镜（SEM）中,与纯In2O3相比,掺杂Cd的In2O3的立方体表面变得更加粗糙,这会大大加强增强了吸收气体的能力。同时电子顺磁共振（EPR）表明,掺Cd的In2O3产生更多的表面缺陷（氧空位）。通过测量气敏性能,Cd掺杂的In2O3的对100 ppm丙酮的响应值是纯In2O3的1.6倍,恢复时间由纯In2O3的117 s,进一步缩短到87 s。这是由于表面氧缺陷在体系中作为施主能级,提升了In2O3的电子密度,加大了费米能级与丙酮的化学势势能差。因此,Cd-In2O3会提高其气敏性能。（2）在表面活性剂的辅助下,通过简单溶剂热法合成了不同形貌的In2O3前驱体。我们通过添加十二烷基硫酸钠（SDS）获得花状前驱体,当加入乙二胺四乙酸（EDTA）时,前驱体的形貌会通过溶解-重结晶过程由花状转变为椭球状。物相分析证实,花状和椭球状前驱体中均包含In OOH相和In（OH）3相。煅烧后,花状前驱体转变为菱方相和立方相的混合相（rh-c-In2O3）。然而,椭球状前驱体仅转化为立方相In2O3（c-In2O3）。这个转变的关键在于在前驱体中In OOH相是否转变成rh-In2O3。此外,我们研究两者的气敏性能。rh-c-In2O3气体传感器在250℃下对3 ppm NO2的响应（Rg/Ra=6.89）大约是c-In2O3气体传感器4.4倍并且具有快速的响应时间（约8.2 s）和恢复时间（约7.6 s）。rh-c-In2O3的非凡气体敏感性主要归因于其与德拜长度相近的微观尺寸以及通过构造n-n同质结而使rh-In2O3与c-In2O3之间的电子转移
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