In2O3纳米材料气敏传感器制备方法综述

氧化铟具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率和较高的催化活性,是一种重要的n型半导体。氧化铟材料对氧化性气体和还原性气体都表现出良好的气敏性能,被广泛应用于半导体气体传感器。半导体气体传感器的性能,如灵敏度、选择性、稳定性、响应/恢复时间等,与气敏材料自身的理化性能、形貌、结构具有直接的关系。本文对近年来纳米结构的In_2O_3研究进展进行了综述,以In_2O_3纳米材料的制备方法以及所制备出的不同形貌结构进行分类介绍,对In_2O_3气敏传感器应用进行展望。     

氧化铟纳米粉体的微乳液合成及其气敏特性

用微乳液法合成了纳米In2O3粉体,浸渍法制备了5％(in mass)La2O3掺杂In2O3。利用X射线衍射、透射电镜对合成产物进行了结构表征。采用静态配气法对氧化铟气敏元件的气敏特性进行了测试。结果表明：微乳液法合成的氧化铟经600℃,5h煅烧后,颗粒尺寸约为30nm,且分布均匀。氧化铟气敏元件对汽油、酒精、甲醛等有机蒸气具有较高的检测灵敏度,但选择性不好。氧化镧掺杂后,不同温度工作时,氧化铟分别对汽油、酒精有较好的选择性,且响应恢复快。     

CdSnO_3纳米微粒的水热合成及气敏性能研究

采用水热法制备了CdSnO_3纳米微粒,通过X射线衍射和透射电镜分别对CdSnO_3的物相和形貌进行了表征。结果发现,样品为梭形和不规则的小颗粒。对基于CdSnO_3纳米微粒所制作的气敏元件在乙醇、三乙胺和苯中的气敏性能进行了研究。测试结果表明,在340℃的最佳工作温度下,元件对1000 mg/L的三乙胺的灵敏度达38.4,响应和恢复时间分别为15 s和11 s。     

表面活性剂-水热法一步制备纳米In_2O_3气敏材料

以聚乙二醇600(PEG-600)为表面活性剂,用水热法一步制备了In_2O_3粉体,通过XRD、SEM、TEM等手段对粉体的物相、形貌、粒度等进行表征,结果表明产物的形貌为棒状,平均长度约150 nm,直径约20 nm,分布均匀.采用静态配气法测定材料的气敏性能,发现以In_2O_3为基体的气敏元件在125 ℃的工作温度下对10 ppm NO_2气体的灵敏度高达32.2,并且具有选择性好、响应-恢复时间短等特性.     

NiO/α-Fe_2O_3复合材料的制备及其气敏性能

本研究采用水热法合成了NiO/α-Fe_2O_3复合材料。SEM图像显示产物由NiO纳米片和α-Fe_2O_3纳米立方体组成,NiO纳米片生长在α-Fe_2O_3纳米立方体表面,它在产品的界面处形成异质结。与纯α-Fe_2O_3纳米立方体相比,NiO/α-Fe_2O_3复合材料在三乙胺传感特性方面表现出改善。响应结果表明,与α-Fe_2O_3纳米立方体(7. 1)相比,NiO/α-Fe_2O_3(10. 8)复合材料显示出显着改善的气体响应,几乎高出52%。最重要的是,与纯氧化铁相比,复合产品在恢复方面得到显着改善。气体敏感性的增加可能是由于其特殊的形态和异质结的形成。     

水热法合成花球状Co掺杂SnO_2纳米材料及其气敏性能

采用水热法合成花球状Co掺杂SnO_2纳米材料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及附带能谱分析(EDS)对所得样品的物相、形貌及元素成分进行表征,并将其制成气敏元件,进行气敏性能测试。结果发现,在工作温度350℃时,元件对丙酮气体具有较好的响应敏感性,对丙酮气体的灵敏度与丙酮气体浓度呈线性关系,响应和恢复时间分别为10 s和110 s。此外,对可能的气敏机理进行探讨。     

水热法合成花球状Co掺杂SnO_2纳米材料及其气敏性能

采用水热法合成花球状Co掺杂SnO_2纳米材料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及附带能谱分析(EDS)对所得样品的物相、形貌及元素成分进行表征,并将其制成气敏元件,进行气敏性能测试。结果发现,在工作温度350℃时,元件对丙酮气体具有较好的响应敏感性,对丙酮气体的灵敏度与丙酮气体浓度呈线性关系,响应和恢复时间分别为10 s和110 s。此外,对可能的气敏机理进行探讨。     

In_2O_3纳米陶瓷纤维无纺布的静电纺丝制备及气敏特性研究

采用溶胶-凝胶法结合静电纺丝技术制备了直径20~60 nm的超细氧化铟(In2O3)纳米陶瓷纤维及纳米陶瓷纤维无纺布。采用XRD,IR,SEM,HR-TEM,TGA等分析方法对纳米纤维的形貌和显微结构进行了表征,并研究了其气敏特性。由700℃下煅烧的该超细In2O3纳米纤维所制备的气敏元件具有较好的反应和选择性,对甲醛气体表现出较快的响应和恢复速度。     

氧化铟纳米材料在气体传感器中的应用研究进展

氧化铟是一种重要的n型半导体,其直接带隙为3.55～3.75 e V,具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率和较高的催化活性。氧化铟材料对氧化性气体和还原性气体都表现出良好的气敏性能,因此被广泛应用于半导体气体传感器中。本文总结了氧化铟对二氧化氮、丙酮、乙醇和氯气等典型气体的气敏性能的研究现状,并指出了其今后的研究方向。     

溶胶–凝胶法制备碳纳米管-In_2O_3纳米复合材料及其气敏性

以碳纳米管（carbon nanotubes,CNT）为模板,在超声波辅助条件下,利用溶胶–凝胶法合成CNT–In2O3纳米复合粉体,用该复合粉体制备CNT–In2O3气敏元件。借助X射线衍射、透射电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪和能量色散谱仪对产物进行表征,研究了CNT–In2O3气敏元件的气敏性。结果表明：CNT–In2O3纳米复合粉体是一种由In2O3纳米颗粒均匀包裹在直径约为20～30nm的碳纳米管上的纳米复合材料。CNT–In2O3气敏元件在低温对NO2有较高的灵敏度,该元件对NO2的灵敏度高于纯In2O。当CNT和InC13·4H2O的摩尔比为3：10时,CNT–In2O3气敏元件对NO2的灵敏度最大,且灵敏度随NO2浓度的增大而增大。该气敏元件在200℃时对NO2的响应时间为10s,恢复时间为70s。     

氧化铟纳米棒的气敏特性

以非离子表面活性剂烷基苯酚聚氧乙烯醚OP-10为形貌控制剂合成In2O3纳米棒.用热重-差示扫描量热法、X射线衍射和透射电镜对In2O3纳米棒的热分解过程、晶体结构和微观形貌进行表征.对纳米棒制得的气敏元件进行气敏性能测试,同时用扫描电子显微镜及比表面积和孔隙度分析仪对元件的表面形貌和材料的介孔结构进行了分析.结果表明:制得的In2O3为立方晶型的纳米棒,直径约20 nm,长度约120 nm.与In2O3纳米颗粒气敏性能相比,In2O3 纳米棒对三甲胺具有更高的灵敏度和选择性.用In2O3纳米棒制的气敏元件对三甲胺在一定的浓度范围内的灵敏度与浓度呈现良好的双对数线性关系.棒状材料中形成的大量介孔对气敏性能的提高有着重要的作用.     

Al_2O_3掺杂ZnO基高选择性丙酮气体传感器

采用溶胶-凝胶法,制得Al_2O_3掺杂质量分数分别为0、2.96%、4.96%、6.96%的纳米Al_2O_3-ZnO粉体,样品经700℃退火后对其物相及表面形貌进行表征,测试了不同Al_2O_3掺杂量Al_2O_3-ZnO样品的气敏特性,研究了结晶粒径、掺杂浓度、工作温度等对元件气敏特性的影响;通过对元件进行控温控湿老化实验,研究了老化温度、相对湿度对元件稳定性的影响;并根据气体吸附、脱附模型与半导体能带理论,对气敏机理进行了进一步的讨论。结果表明:Al_2O_3-ZnO对丙酮表现出良好的选择性和稳定性,掺杂为4.96%Al_2O_3的Al_2O_3-ZnO,经700℃退火后,在64℃下,对含量为100×10~(-6)(体积分数)的丙酮的灵敏度为29.24,响应时间和恢复时间均为2 s;丙酮含量低至10×10~(-6)时,灵敏度为3.23,响应时间和恢复时间分别为4 s和7 s。     

In2O3/CdS复合物的制备及光催化性能

以氧化铟(In_2O_3)纳米球作为基体,采用水热法制备了氧化铟/硫化镉(In_2O_3/CdS)复合光催化剂,并利用XRD、SEM等对所制备复合光催化剂进行了表征。结果表明:复合光催化剂由立方相的In_2O_3纳米球和六方相CdS棒状结构组成,且In_2O_3纳米球附着于CdS棒状结构表面上。光学性能测试和光降解实验发现:所得复合光催化剂与纯In_2O_3和纯CdS相比,不仅光响应范围增加,而且光催化亚甲基蓝(MB)的活性也得到显著改善。当In_2O_3/CdS中n(In_2O_3)∶n(CdS)=1∶4时,光催化效率改善尤为明显,当复合催化剂的质量为0.05 g时,MB转化率达到96.2%;这可能是由于CdS接受In_2O_3表面上的光生电子,减少了光生电子与空穴的复合机会,因而提高了光催化降解能力。     

NiO/In_2O_3 p-n结型光催化剂的制备及其降解盐酸强力霉素研究

采用水热合成法制备出了具有p-n异质结结构的立方形氧化铟表面负载片状氧化镍复合光催化剂。SEM,XRD和UV-VIS,FT-IR等方法对催化剂的晶相组成、微观结构、化学键组成以及吸光性能等进行了表征。结果表明,NiO/In_2O_3复合光催化剂的形成符合牺牲模板机理。片状氧化镍的负载使复合光催化剂的吸收带边发生了明显的红移,并在可见光区产生响应。光催化降解盐酸强力霉素实验表明,与单一的In_2O_3相比,氧化镍颗粒的负载使二氧化铟的光催化效果在紫外-可见光区有了明显地提高,且在中性以及碱性条件下的光催化效果最佳,降解效率达到93%,其主要原因应归功于氧化镍晶粒与二氧化铟晶粒紧密接触形成p-n异质结,有助于催化剂表面光生电子和空穴的快速分离。     

空心氧化铟小球的合成及其三甲胺气敏特性的测定

本文在以蔗糖为碳源,通过水热方法合成均匀分散的碳小球的基础上,以碳小球为硬模板,采用硬模板法,以硝酸铟为金属源,通过在空气中灼烧的方法获得氧化铟材料。经过透射电子显微镜(TEM),并结合广角X射线衍射(Wide-angleXRD)等手段,证实所得材料为高结晶度的空心氧化铟材料。通过在旁热式气敏元件表面简单涂抹的办法,氧化铟空心小球被制备成气敏器件,并对其三甲胺(TMA)气敏性能进行了测定。研究结果表明,该种材料在较低的工作温度下对TMA具有较高的敏感性和选择性,这表明该种材料是一种非常有前途的TMA气敏材料,有望在食品检测等领域获得广泛应用。     

碳纳米管掺杂纳米ZnO气敏元件敏感特性

采用溶胶–凝胶法合成纳米ZnO,以碳纳米管(carbonnanotube,CNT)为掺杂剂制备CNT–ZnO旁热式气敏元件样品。用X射线衍射和透射电镜分析了ZnO的结构,用扫描电镜观察CNT–ZnO气敏元件样品表面的显微形貌,研究了CNT–ZnO元件对甲醛和丙酮等气体的气敏性能。结果表明:CNT存在于平均粒径为20～30nm的ZnO晶粒间,增加了CNT–ZnO材料的气孔率。CNT–ZnO气敏元件对丙酮的灵敏度高于纯ZnO元件,掺0.6%(质量分数)CNT的ZnO气敏元件(0.6%CNT–ZnO)气敏元件对质量分数为40×10–6甲醛有最高灵敏度(15.11)。而且具有能检测低浓度甲醛气体、选择性好,响应速度快(响应时间约为15s)的优点。     

SnO_2基甲醛气敏元件性能研究

以SnO2基底材料掺杂一定比例的TiO2,再掺入一定量的银离子(Ag+),制成复合基体材料,采用传统的旁热式气敏元件制造工艺,制作出甲醛气敏元件。对不同气体浓度、不同温度下元件的灵敏度及元件的响应-恢复时间进行了测试。结果表明,该气敏元件在工作温度为360℃下对甲醛气体的气敏性能最佳,灵敏度可达30,并且对乙醇具有一定的抗干扰性。     

共沉淀法制备铬酸钬粉体及铬酸钬气敏元件的气敏性能

采用共沉淀法制备HoCrO3前驱体,将前驱体在不同条件下热处理得到铬酸钬纳米粉体。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对HoCrO3纳米粉体的晶体结构和微观形貌进行了表征,对用HoCrO3纳米粉制作的元件进行气敏性能测试,研究了热处理条件对HoCrO3气敏元件气敏性能的影响。结果表明：所制备的HoCrO3粉体为纳米颗粒,平均粒径约为50nm,属于钙钛矿型复合氧化物;采用800℃保温2h制备的HoCrO3气敏元件对三甲胺气体具有较高的灵敏度、良好的选择性和稳定性;样品的检测限较低,对体积分数为1×10^-7三甲胺的灵敏度为3。HoCrO3是检测三甲胺的一种很有应用前景的半导体气敏材料。     

水热法合成α-Fe_2O_3纳米微粒及气敏性能研究

以Fe(NO3)3·9H2O、Na OH和CTAB为原料,用水热法合成了α-Fe2O3纳米粉体。用X射线粉末衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对粉体的物相、形貌进行了表征,并将粉体制成气敏元件,进行了气敏性能测试。结果表明,样品为形状规则的立方体颗粒,粒径为60~80 nm,元件对乙醇具有较高的灵敏度。     

In_2O_3的制备方法及其气敏性能研究进展

氧化铟是一种常见的n型半导体材料。本文简要介绍了氧化铟的典型制备方法,总结概括了In_2O_3对乙醇、NO_2和氢气的气敏性能,并展望了其发展方向。