低維納米SnO2氣敏材料的制備

低維納米SnO2氣敏材料的制備鄭麗華劉碩宋麗蓉徐夢楊小燕孫怡朱桂蓮背景介紹氣敏材料的研究對提高氣敏傳感器的靈敏度、選擇性、長期穩(wěn)定性以及降低工作溫度、縮短響應時間等方面有著重要的作用。

SnO2是最早使用也是目前應用最為廣泛的一種氣敏材料。

半導體氣敏元件與特定氣體接觸時，半導體的性質(zhì)將發(fā)生變化，借此檢測氣體的成分及其濃度。010203

氣敏傳感器SnO2作為氣敏材料有許多優(yōu)于其他材料的性能，如物理化學穩(wěn)定性好、工作溫度低、靈敏性較高等，但其選擇性、響應時間和恢復時間等方面的性能有待提高?？衫脕單⒚准凹{米技術(shù)制備比表面積較大的低維SnO2材料，以改善其不足從而提高氣敏性能。

SnO2氣敏材料低維納米SnO2氣敏材料制備方法A.

溶膠凝膠法B.

水熱法C.

化學氣相沉積D.

雙模板法溶膠凝膠法制備SnO2納米顆粒

在常溫下，利用SnCl4-檸檬酸溶液的水解生成Sn(OH)4或SnO2·nH2O

，制備純凈的SnO2粉體。反應中加入的檸檬酸與Sn4+螯合，使溶液中的Sn4+被體積較大的檸檬酸均勻分散，從而制備粒徑更小的納米晶體。

制備原理辛有飛.SnO2材料的制備及氣敏性能的研究.燕山大學,2010溶膠凝膠法

制備工藝流程圖SnCl4溶液檸檬酸溶液氨水溶膠凝膠干燥燒結(jié)SnO2納米粉體研磨研磨水解溶膠凝膠法

制備過程(1)氫氧化錫溶膠的制備：配制一定摩爾濃度的四氯化錫-檸檬酸溶液將一定量的25%的氨水逐滴加入到四氯化錫溶液中，邊滴加邊攪拌。(2)膠體的老化：配制好的溶膠，需要靜置老化后，才能變?yōu)槟z。(3)膠體的干燥：將制得的氫氧化錫膠體放到電熱恒溫干燥箱中，在70℃下干燥完全后，再將烘干后的膠體在瑪瑙研缽中研磨，得到非常疏松的白色水合氧化錫粉體。(4)干凝膠的燒結(jié)：將制得的水合氧化錫白色粉體放入電阻爐中煅燒，經(jīng)煅燒后的樣品用瑪瑙研缽研磨后，即可以得到純凈的

SnO2粉體。圖1.500℃退火后不同檸檬酸濃度下的SnO2粉體的TEM和選區(qū)電子衍射圖(a)0.1mol/L；(b)0.2mol/L；(c)0.3mol/L；(d)0.2mol/L檸檬酸下SnO2粉體選區(qū)電子衍射圖圖2.不同退火溫度的SnO2薄膜的TEM

圖(a)400℃；(b)600℃；(c)800℃溶膠凝膠法制備SnO2納米顆粒溶膠凝膠法的優(yōu)缺點優(yōu)點：實驗設備簡單易控，實驗重復性好制備溫度較低顆粒度均一，產(chǎn)物粒徑小粉體產(chǎn)率高、性能好

缺點：方法相對較復雜水熱法制備SnO2納米材料水熱法制備SnO2納米材料的優(yōu)勢反應在相對高的溫度和壓力下進行，可實現(xiàn)在常規(guī)條件下不能進行的反應。改變反應條件可能得到具有不同晶體結(jié)構(gòu)、組成、形貌和尺寸的產(chǎn)物。產(chǎn)物為晶態(tài)，無需焙燒晶化，可以減少團聚。水熱法制備蒲公英型SnO2微米球加入NaOH溶液并攪拌H2O+正丁醇Span80反應釜中水熱反應沉淀物蒲公英型SnO2微米球分離、洗滌、烘干Sn(OH)62-前驅(qū)液配制SnCl4溶液

制備工藝流程圖王宇.SnO2及SnFeNbO體系的合成與性質(zhì)研究.吉林大學,2008cdab水熱法制備蒲公英型SnO2微米球所得樣品的XRD分析

實驗結(jié)果分析水熱法制備蒲公英型SnO2微米球直接制備由多個一維納米結(jié)構(gòu)單體有序組裝成的大尺寸的納米組裝結(jié)構(gòu)改變實驗參數(shù)，可以得到不同形貌和尺寸的納米粉體納米棒成發(fā)散狀排列，形成了大量的孔隙，利于氣體的擴散，提高了材料的氣敏性能。本制備方法的優(yōu)點CVD法制備SnO2納米材料

化學氣相淀積是一種或多種氣態(tài)物質(zhì)在襯底表面進行化學反應制備SnO2納米材料。物質(zhì)源：SnO、Sn、SnCl2、SnCl4或含錫的有機化

合物氧氣源：O2、H2O2、Fe(NO3)3載氣：N2、Ar襯底：SiO2、Au

上圖為一種化學氣相沉積裝置。在反應室中，載氣攜帶高溫蒸發(fā)物質(zhì)源與氧氣源進行反應，在熱襯底上淀積生長SnO2薄膜、納米棒、納米管等。CVD法制備SnO2納米材料曾春來,唐東升.物理學報.2007,56(11):6531-06CVD法制備納米SnO2管用燃燒化學氣相沉積法制備橫截面為正方形的納米SnO2管制備工藝流程圖二乙基己酸錫鹽無水乙醇溶液微米與亞微米霧滴高純氧氣大氣環(huán)境燃燒形成SnO2氣相火焰?zhèn)鬏斨罶iO2襯底凝膠沉積成SiO2碳納米管2Sn[OOCCH(C2H5)C4H9]2+45O2→2SnO2+32CO2+30H2O納米SnO2管的SEM圖像制備的納米SnO2管垂直于襯底生長，橫截面為正方形。CVD法制備納米SnO2管

實驗結(jié)果分析L.Yingetal.Adv.Func.Mater.2005,15,No.1納米微粒顆粒均勻，純度高，粒度小，分散性好；化學反應活性高，易于在淀積過程中摻雜，工藝可控且連續(xù)；CVD法制備SnO2納米材料CVD法制備SnO2納米材料的優(yōu)點CVD法制備SnO2納米材料的缺點設備條件要求高，過程不易控制。雙模板法制備SnO2納米管

制備原理及過程一定濃度葡萄糖乙醇水溶液超聲分散黑色懸浮液雙重模板MWCNT密封高壓釜內(nèi)190℃加熱6h深紫色混合物離心分離，清洗，干燥

PreparationofDualTemplatesL.S.Zhangetal.Chem.Mater.2010,22,414–419雙模板法實驗結(jié)果nanoparticles’grainsize:5~7nmnanotubulardiameter:40nmrutilephase雙模板法AdvantageofsmallgrainsizeandtubularstructureSnO2hollowstructurewasapromisingnanomaterialinfabricatingquickresponseandrecoverygassensor.allowfullcontactbetweenSnO2surfaceandgasmolecules,fastdiffusionoftargetgasthesignaldriftingismuchsmallerfromhollowstructurethanfromcommercialSnO2fastandfullrecoveryofthesensingmaterialwhenhydrogenflowiscutoff參考文獻辛有飛.SnO2材料的制備及氣敏性能的研究.燕山大學,2010；王宇.SnO2及SnFeNbO體系的合成與性質(zhì)研究.吉林學,