气体传感器是一种探测气体种类及浓度的器件,随着日益加剧的环境问题,研发具有优异性能的气体传感器逐步成为当下研究的重要课题之一。氧化锡（Sn O₂）是重要的宽禁带（Eg=3.6 e V）n型半导体之一,在室温下具有较高的激子束缚能（130 me V）,由于其具有价格低廉、灵敏度高、响应快和稳定性好等诸多特点,使其在气体传感器领域受到了广泛的关注与应用。气敏反应是发生在Sn O₂纳米材料表面的气-固界面上的化学反应,材料的微观结构、表面缺陷和形貌等对气敏性能都有重要的影响。因此,可以通过稀土元素或者贵金属掺杂、表面修饰、异质结构筑等方式对Sn O₂纳米材料进行改性来提高材料的气敏性能。本实验主要以静电纺丝法和模板法制备了Sn O₂纳米管、空心纳米球和多壳层纳米球,并对其气敏性能进行了测试。主要研究工作如下:1.通过结合静电纺丝法和热处理制备了二氧化锡纳米管,并用不同质量比的稀土元素Yb进行掺杂优化,采用XRD、SEM、TEM、XPS、BET等多种现代化现代检测技术对样品进行了表征,探究了Yb元素掺杂对样品结构、形貌及气敏性能的影响,最后还对样品的形成机理和气敏机理进行了分析。结果显示所有样品均具有清晰的管状结构,是由大量无规则的纳米颗粒聚集而成的,并且随着Yb元素的掺杂,Sn O₂纳米管的直径由320 nm减小到了200 nm。Yb离子成功以以Yb3+的形式掺杂进入Sn O₂晶格中,大大增加了材料表面吸附氧的数量,提高了样品在空气中的电阻值。以1.0 wt%Yb掺杂Sn O₂纳米管为基体材料的传感器在340°C时对乙醇气体表现出了最优的气敏性能,而其性能的提升主要归功于样品独特的空心多孔特性和适度的掺杂优化。2.用葡萄糖和去离子水为原料,通过水热法制备了平均尺寸约为320 nm的C球,随后以制备的C球为模板,进行了多孔Sn O₂空心纳米球的合成。表征结果证明Sn O₂空心纳米球的平均直径约为110 nm,这是由于在煅烧过程中随着C模板的去除,前驱物随之向内塌陷所造成的。样品由许多Sn O₂纳米颗粒组成的,表面疏松多孔。BET测试也进一步验证了样品的多孔特性,且孔径尺寸为20.49nm,这种结构特点有利于Sn O₂与目标气体间的反应进而提高器件的灵敏度。老化时间为48 h的样品在260°C时对500 ppm乙醇气体的响应值达到了673,且响应-恢复时间也低至10-11 s。大的比表面积为气体的吸附提供了更多的活性位点,多孔特性促进了气体分子的流通和扩散,有效增加了化学反应的速率,在提高传感器灵敏度的同时降低了最佳工作温度。3.实验首先通过调节水热反应的实验参数优化了C微球模板,制备出了分散性良好、平均尺寸约为2μm的C微球。再通过调节实验试剂的配比和热处理的升温速率,以该C微球为模板制备出了平均直径约为1.05μm的多壳层Sn O₂纳米球。TEM表征证明样品具有独特的核壳结构,两个闭合的球壳和一个实心核构成,且内外两个球壳的厚度均为100 nm。多壳层的结构特点能够为气体分子的吸附提供多个吸附面,使传感器的最佳温度向低温方向偏移。气敏测试中多壳层Sn O₂纳米球对丙酮气体表现出了高的响应值（500 ppm,342）、快速的响应-恢复时间（10-12s）、低的工作温度（200°C）和持久的稳定性。证明多壳层Sn O₂纳米球基的气敏传感器可应用于实际生活中对丙酮气体的探测。