氧化铟微结构的制备、改性及其气敏特性研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:beyondzcy
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氧化铟(In2O3)作为一种禁带宽度为3.55-3.75 eV的n型半导体金属氧化物材料,由于其具有较好的催化活性、较高的电导率和较宽的禁带宽度,作为气敏材料被广泛应用于气体传感器领域。近年来,研究发现通过掺杂改性可有效提高In2O3气体传感器的气敏性能。本文采用水热法制备了In2O3微结构,通过掺杂贵金属、金属氧化物来研究In2O3气体传感器的气敏性能。利用XRD、SEM、EDS、TEM和XPS对合成的样品的晶体结构、微观形貌、元素组成及价态进行表征分析。同时,对制备的In2O3气体传感器进行了气敏特性测试,实验结果表明:(1)采用水热法合成In2O3空心微球结构,表征结果表明制备的In2O3为立方体型结构。气敏特性实验结果表明:在最佳工作温度(300℃)下,传感器对100 ppm异丙醇的气敏响应达到10.3,响应恢复分别时间为2 s/7 s,最低检测极限仅为500 ppb;(2)制备出了不同浓度(0 mol%,1 mol%,3 mol%和5 mol%)Au掺杂花状In2O3微结构,分析结果证明Au掺杂的引入对In2O3微结构的形貌没有影响。气敏特性实验结果显示,Au掺杂In2O3不但降低了传感器的最佳工作温度(250℃),而且提高了传感器的响应。尤其,3 mol%Au掺杂In2O3气体传感器对100 ppm丙酮的最大气敏响应可达23.1;(3)合成了纯的和不同浓度(1 mol%,3 mol%和5 mol%)Mo掺杂花状In2O3结构;研究了传感器对乙醇的气敏特性。气敏实验表明,在最佳工作温度(185℃)下,3 mol%Mo掺杂In2O3传感器(Mo3In)对100 ppm乙醇的响应可达7,是纯In2O3气体传感器(Mo0In)响应的1.8倍。同时,Mo掺杂的引入也有效的改善了传感器的响应恢复时间、选择性、稳定性等性能。同时,本文对传感器的气敏机理也进行了讨论于分析,贵金属(Au)掺杂不但可以增大材料的电导率,而且又能起到催化作用,改善传感器的气敏性能;普通金属氧化物的引入,可形成异质结结构,拓宽耗尽层的宽度,有效的提高元件的气敏特性。
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