【摘 要】
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由于人类赖以生存的气体环境变得日益复杂,气敏材料的开发利用迫在眉睫,金属氧化物半导体气敏材料因其独特的性能已经广泛应用于易燃易爆气体报警,环境污染气体检测和监测,工业生产中气体原材料浓度检测,以及医疗诊断和酒驾检测等诸多领域。大多新型气体传感器都以具有高比表面积、高吸附容量和高电荷传递效率的金属氧化物半导体材料作为气敏材料。本论文制备了基于ZnO和SnO2的ZnCO3/ZnO、SnO2颗粒/SnO
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由于人类赖以生存的气体环境变得日益复杂,气敏材料的开发利用迫在眉睫,金属氧化物半导体气敏材料因其独特的性能已经广泛应用于易燃易爆气体报警,环境污染气体检测和监测,工业生产中气体原材料浓度检测,以及医疗诊断和酒驾检测等诸多领域。大多新型气体传感器都以具有高比表面积、高吸附容量和高电荷传递效率的金属氧化物半导体材料作为气敏材料。本论文制备了基于ZnO和SnO2的ZnCO3/ZnO、SnO2颗粒/SnO2球花和SnO2/ZnO复合材料,研究了所制备材料的相关气敏性能,具体研究内容如下:制备了一种新颖的具有垂直和平行双向孔道的牡丹花状有序介孔ZnCO3/ZnO复合材料。该材料制备出的花状结构直径约为19μm,主要由厚度约为107±14 nm的二维纳米薄片自组装而成,并且在花状结构的中间存在直径约为1.6μm的中空结构。这种独特的花状结构的比表面积较大,约为350.28 m~2g-1。ZnCO3的存在能够有效提高复合材料的气敏性能,在室温（25℃）条件下,当氮氧化物气体浓度为100 ppm时,制备的ZnCO3/ZnO-120-10-350复合材料的响应值达到了159,且恢复时间远小于响应时间。与此同时,ZnCO3/ZnO-120-10-350复合材料还具有十分出色的选择性、可重复性和长期稳定性。采用溶剂热和煅烧的方式制备一种嵌入式的SnO2颗粒/SnO2球花气敏材料。SnO2-180-12材料是由厚度约为70±2 nm的纳米片自组装成直径约为3±0.2μm三维球花状结构,并且在花状结构的片层之间镶嵌着直径约为20±5 nm的纳米颗粒。当水热温度和时间分别为180℃和12 h时,所制备的样品具有最佳的形貌和气敏性能。制备材料具有较大比表面积和大量的介孔孔道。近室温（40℃）条件下,SnO2-180-12对50 ppm的氮氧化物的响应值高达670.58,且检出限低至0.5 ppm。与此同时,该材料的响应时间和恢复时间也较短,且具有良好的气体选择性。本研究通过不同形貌的同种金属氧化物半导体材料的复合来改善单一材料的气敏性能存在的缺陷,为气敏材料的发展提供了一个新的研究方向。采用软模板法和煅烧的方式,制备出具有规则正方体结构的SnO2/ZnO复合材料。正方体的表面较为粗糙,棱长约为1.2±0.5μm,该复合材料的具有较大的比表面积和介孔孔道。最佳的SnO2:ZnO摩尔比和搅拌温度被确定。SnO2/ZnO-1:1-40-4复合材料在三乙胺（TEA）气体浓度为100 ppm,工作温度为150℃时,响应值约为7.21,检出限低至1 ppm。与此同时,该SnO2/ZnO复合材料还具有良好的气体选择性和长期稳定性。
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