SnO2材料气敏性能研究进展
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S. . . . . .. SnO2材料气敏性能研究进展
1.气体传感器的定义与研究意义
气体传感器是传感器领域的一个重要分支，是一种将气体的成分、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等使用的信息的装置。它主要用来检测气体的种类和浓度，对接触气体产生响应并转化成电信号从而达到对气体进行定量或半定量检测报警的目的。气体传感器现已在人类的生产生活中得到了广泛的应用，在民用方面，主要是检测天然气、煤气的泄露，二氧化碳气体含量、烟雾杂质和某些难闻的气味及火灾发生等；在工业方面，主要是检测硫化物、氮氧化物、CH4、CO、CO2及Cl2等有毒或有害的气体，检测有机溶剂和磷烷、砷烷等剧毒气体，检测电力变压器油变质而产生的氢气，检测食品的新鲜度，检测空燃比或废气中的氧气的含量以及检测驾驶员呼气中酒精含量等；在农业生产上，主要是检测温度和湿度、CO2，土壤干燥度、土壤养分和光照度。因此，气敏传感器的研究具有非常重要的意义。
2.气体传感器的分类
按基体材料的不同，气敏传感器还可分为固体电解质气体传感器、有机高分子半导体传感器，金属氧化物半导体气体传感器；按被检测的气体不同，气敏传感器可分为酒敏器件、氢敏器件、氧敏器件等。固体电解质气体传感器使用固体电解质做气敏材料，主要是通过测量气敏材料通过气体时形成的电动势而测量气体浓度。这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，得到了广泛的应用。高分子气敏传感器通过测量气敏材料吸收气体后的电阻、电动势、声波在材料表面传播速度或频率以及重量的变化来测量气体浓度。高分子气体传感器具有许多的优.. . .. .
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S. . . . . .. 点，如对特定气体分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以补充其它气体传感器的不足。金属氧化物半导体气体传感器是一类研究时间较长、应用前景较好的传感器，它主要根据材料表面接触气体后电阻发生变化的原理来检测气体。因为金属氧化物半导体中多数载流子的不同而分为P型和N型。N型半导体材料中，主要是晶格部存在氧离子的缺位或阳离子的填隙，此类材料主要包括SnO、ZnO、In2O3、a-Fe2O3、WO3、ZnFe2O4、CdO和TiO2等。在P型半导体材料中，晶格部存在阳离子的缺位，即空穴导电，这类材料主要包括LaFeO3、MoO2、Cr2O3、CuO、SnO、Cu2O和NiO等。还有一些金属氧化物半导体如ZnO、V2O5、NiO和In2O3等既可以为N型，也可为P型，这取决于材料的结构和制备方法等因素。
3.金属氧化物半导体气体传感器的气敏机理
关于半导体氧化物的气敏特性机理的研究，目前已提出的理论模型可归纳为:表面电阻控制模型（吸附氧理论）、晶界势垒模型、空间电荷层调制理论、晶粒尺寸效应机理和催化剂的作用机理、体电阻控制模型。主要介绍第一种模型。吸附氧理论也属于表面电阻控制模型的一种，我们以N型金属氧化物半导体为例来加以解释。空气中的氧分子物理吸附在N型半导体气敏元件的表面，随着工作温度的升高在材料表面转化为化学吸附氧，和半导体接触后从半导体表面获得电子，形成O2-, O-, O2-等，如下图所示，从而束缚材料表面的自由电子，导致材料表面的电阻增大；还原性气体如乙醇、H2和CO等，与材料表面形成的氧负离子相接触时，气体分子失去电子，如式1-2，1-3和1-4所示，失去的电子重新回到半导体中去，表面电阻下降电导增加。当前研究最多的是N型半导体，这种模型也是最常用机理模型。 .. . .. .
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S. . . . . .. )()()()()(2222latticeOadsOadsOadsOgasO （1-1）
neOHCOadsOHHCadsOn2252)()( （1-2）
neOHadsHadsOn22)()( （1-3）
neCOadsCOadsOn2)()( （1-4）
4.气体传感器的性能参数及指标
4.1元件的正常电阻Ra和工作电阻Rg
正常电阻Ra表示气敏元件在正常空气（或洁净空气）条件下的阻值，又称固有电阻；工作电阻Rg表示气敏元件在一定浓度的检测气体下的阻值。
4.2工作温度
工作温度(working temperature)也称操作温度(operating
temperature)。金属氧化物半导体气敏材料一般的工作温度都在100 ℃以上，一般来说，半导体材料的工作温度与测试环境有很大的关系。通常一种气敏材料会有一个最佳的操作温度(optimum operating temperature)，简称OOT，在这一温度下材料对某一特定浓度的气体会表现出最大的灵敏度。在通常的实验测试中，首先需要确定出其OOT， OOT越低意味着能耗越低，气敏元件的寿命就会越长。因此，能在室温下检测气体一直是研究者追求的目标。但是较低的温度有时会导致气体响应和恢复时间延长，在气敏元件的实际应用中，要综合考虑各方面因素，选择合适的工作温度。
4.3灵敏度
气敏元件的灵敏度S ( sensitivity），也称为响应(response)，主要是指气敏.. . .. .
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S. . . . . .. 材料或气敏元件对被检测气体的敏感程度。一般用测试前后的电阻或电压的比值表示。通常定义N型半导体气敏元件的灵敏度为：
gagaVVRRS （还原性气体）
agagVVRRS （氧化性气体）
式中Ra和Va分别表示气敏元件在空气中的电阻值和在负载电阻上的电压输出值；Rg和Vg分别为气敏元件在待测气体中的电阻值和负载电阻上的电压输出值。对于P型半导体则与之正好相反。
4.4响应时间和恢复时间
响应时间(response time)和恢复时间(recovery time)是表示气敏元件对被测气体响应恢复速度的好坏，分别指元件与测试气体接触或脱离后，元件的电阻值达到稳态所需要的时间。一般定义响应时间为从元件接触被测气体时开始计时，到电阻达到稳态阻值的90 %所需的时间；恢复时间是指元件脱离被测气体以后阻值恢复到变化阻值的90 %所需要的时间。响应一恢复时间越短越好，有利于连续测试。
4.5选择性
选择性(selectivity)是指气敏材料对多种气体中某种特定气体的响应情况。一般是比较气敏元件在同一测试温度和气体浓度下，对不同气体的灵敏度。理论上要求在相同环境中对被检测气体有较好的灵敏度，而对其它气体没有灵敏度或灵敏度很小。 .. . .. .
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S. . . . . .. 4.6稳定性
稳定性(stability)是反映了传感器元件对环境因素的承受能力（包括温度、湿度、烟尘等）。对气体传感器来说，稳定性十分重要。通常，气敏元件长期使用以后电阻会发生漂移，致使灵敏度降低，传感器寿命缩短。通过开发新材料和对材料进行掺杂、复合等都可以改善气敏材料的稳定性。
5.金属氧化物半导体气体传感器存在的问题和研究方向
一个完美的气体传感器应该具有以下优点：(1)选择性好，能够在多种气体共存的情况下，只对特定气体有明显的响应；(2)灵敏度高，对超低浓度下的气体也能进行检测；(3)稳定性好，在不同的工作环境中，依旧能稳定工作且使用寿命长；(4)响应恢复时间短；(5)气敏现象可逆，能重复使用；(6)工作温度围宽，最好在常温下就可以检测；(7)制作简单，成本低。但是，在实际应用中，由于环境的复杂性、气体的多样性及材料本身的稳定性等方面的因素，目前金属氧化物半导体气体传感器存在的主要问题是上述几方面无法同时得到满足，要么是元件的选择性不高，不是仅仅对被检测的一种气体感，而同时可能对几种气体都比较敏感；要么是元件工作温度高或是稳定性不好；要么是检测机理模糊。所以，金属氧化物半导体在很多方面有许多问题需要解决。因此可以通过控制其微观结构完成目前气敏材料领域的三大任务：新材料的探索、对现有气敏材料的改善及对气敏机理的研究。
6. SnO2气敏传感器的研究进展 .. . .. .
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S. . . . . .. 近年来，微纳结构的SnO2气敏传感器由于其非常好的气敏性能，已经受到了人们广泛的关注。但是，研究发现不同形貌、不同掺杂的SnO2气敏传感器的气敏性能有非常大的差异。目前的研究重点是通过各种各样的方法如气相法、液相法和固相法来获得具有特殊形貌的微纳结构SnO2，并在此基础上对其进行掺杂改性来提高其气敏性能。下面将概述不同形貌和不同掺杂微纳结构SnO2气敏传感器的研究进展。
6.1不同形貌微纳结构SnO2气敏传感器的制备
目前不同形貌微纳结构SnO2气敏传感器的研究主要集中在一维结构和分级结构，如纳米带、纳米线、纳米棒、纳米管、纳米花、海胆状分级结构以及纳米片自组装分级结构等。
一维SnO2纳米结构的制备及光电性质研究进展
一维ＳｎＯ 纳米结构的制备及光电性质研究进展／ａ军红等 ・ ５９ ・
一维ＳｎＯ２纳米结构的制备及光电性质研究进展
段军红 ，何兴道 ，高益庆 ，肖文波 ，余达祥 ，施培琴 ，江 茫 ，刘智昂
（１南昌航空大学测试与光电工程学院无损检测技术教育部重点实验室，南昌３３００６３；２南昌航空大学环境
与化学工程学院，南昌３３００６３）
摘要 介绍了一维ＳｎＯ：纳米结构的制备方法，重点阐述了气相合成和液相合成的生长机理，评述了几种典型
一维纳米结构的合成、微结构及形成机理，综述了一维Ｓｎ（）２纳米结构的光致发光、光响应、光电导、电输运、场发射及 气敏特性方面的研究结果，并展望了未来的研究方向。
关键词 ｓｎ（）２ 一维纳米结构制备光电性质
中图分类号：０４６７；０４７ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
０ｆ ｌ Ｄ Ｓｎ０２ Ｎａｎ０ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
ＤＵＡＮ Ｊ ｕｎｈｏｎｇ ，ＨＥ Ｘｉｎｇｄａｏ ，ＧＡＯ Ｙｉｑｉｎｇ ，ＸＩＡＯ Ｗｅｎｂｏ ，
ＹＵ Ｄａｘｉａｎｇ ，ＳＨＩ Ｐｅｉｑｉｎ。，ＪＩＡＮＧ Ｍａｎｇ ，ＬＩＵ Ｚｈｉ’ａｎｇ
（１ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｔｒｉｅ Ｅｎｇｉｎｅｒｉｎｇ， Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｈａｎｇｋｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００６３；２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｈａｎｇｋｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００６３）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ １Ｄ ＳｎＯ２ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｇｒｏｗｔｈ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ ｇａｓ ａｎｄ ｌｉｑｕｉｄ
气敏材料的制备及其气敏性能研究
气敏材料的制备及其气敏性能研究
随着人类社会的发展，环境污染问题日益突显，如何对环境进行有效的监控和治理成为了亟待解决的问题。其中，气体污染监测是环境监测的重要分支，而气敏材料的研究及其应用在气体污染监测方面具有重要意义。
气敏材料是一类能对某种气体或气体混合物产生敏感响应的材料，可以对气体浓度、组成等进行检测。当前，气敏材料的种类繁多，主要包括半导体气敏材料、金属氧化物气敏材料、有机气敏材料等。
半导体气敏材料的制备通常采用溶胶-凝胶法、气相沉积法、离子束溅射法等多种方法，其中，溶胶-凝胶法由于操作简单、成本低廉、制备设备简单等优点，已成为半导体气敏材料制备的首选方法。溶胶-凝胶法主要是将金属离子或有机物离子与适当的溶剂混合形成胶体，经过凝胶、热处理等工艺制备出气敏材料。
金属氧化物气敏材料的制备主要采用溶胶-凝胶法、物理气相沉积法、化学气相沉积法等方法。与半导体气敏材料不同，金属氧化物气敏材料的制备通常需要高温煅烧，以提高晶体质量和敏感性。
有机气敏材料的制备主要采用溶剂聚合、原位合成、溶液法等方法，由于有机气敏材料的特殊结构以及溶液制备过程中易于控制，因此在制备过程中需要特别注意溶液粘度、聚合速率等因素。此外，有机气敏材料的应用范围相对狭窄，多用于检测有机气体或挥发性有机化合物。
从制备过程来看，气敏材料的制备技术难度较大，需要一定的操作技能和实验经验。另外，制备出来的气敏材料敏感性能也受到多种因素的影响，如晶体结构、纯度、晶界等。因此，在实际应用中，需要针对具体的检测对象和检测要求进行优化和改进，以提高气敏材料的敏感性和选择性。
气敏材料的气敏性能是用来评价材料对目标气体响应的强弱及可靠性的重要指标之一。气敏性能包括敏感度、选择性、响应时间、稳定性等指标。其中，敏感度是评价材料检测目标气体浓度的能力，当目标气体浓度发生一定变化时，敏感度能够反映材料对浓度变化产生的响应。选择性是评价材料检测目标气体和其他气体的区分能力，即材料对不同气体的响应差异程度。响应时间是材料从暴露气体到产生响应的时间，稳定性是相继某一时间内材料物性稳定的能力。
K2O—SnO2—LiZnVO4系湿敏陶瓷特性的研究
第２０卷第２期 ２００７年２月 传感技术 学报 ＡＮＤ ＡＣＴＵＡＴＯＩ￣ ｖ０１．２０ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．２００７
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ｃｅｒａｍｉｃ ｏｆ Ｋ２ ０－ＳｎＯ２一ＬｉＺｎＶＯ４
ＨＵＳＭ呷 ｅｉ１，ＣＨＥＮ Ｈａｉ—ｂｏ
，１．Ｄｅｐｔ．ｏｆｐｈｙｓｉｃｓ，Ｍａｏｍｉｎｇ ｃｏｌｌｅｇｅ，ＭａｏｍｉｎｇＧｕａｎｇｚｈｏｕ ５２５０００，Ｃｈｉｎａ； 、 Ｉ ２．ＣｏｌｌＰｇＰ ｏｆ Ｐｈ ｓ ｆⅡｌ Ｓｃｉ ＂ｆＰ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ ５３０００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｋ２（３－ＳｎＯｚ—Ｉ ｉＺｎＶＯ４ ｓｙｓｔｅｍ ｈｕｍｉｄｉｔｙ－ｓｅｎｓｉｔｉＶｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃｏ－ｐｒｅｏｐ￣ｔａｕｏｎ・ ｌ ｈｅ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ—ｄｏｐｅｄ Ｋ＋ｏｎ ｔｈｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｓｅｎｓ—
ｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ａｎｄ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ・ｌ ｈｅ ｅｘｐｅ 一 ｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕＩｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａ ｈｕｍｉｄｉｔｙ—ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｌｏｗｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｔ ｌｏｗｅｒ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ａｎｄ ｗｉｔｈ
ｐｒｏｐｅｒ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｃａｎ ｂｅ ｍａｄｅ ｂｙ ２．５ ｔｏｏｌ ｌｉｑｕｉｄ—ｄｏｐｅｄ Ｋ＋．Ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ
Pd掺杂对SnO2气敏性能的影响
３２ 传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ） ２００７年第２６卷第１０期
Ｐｄ掺杂对ＳｎＯ２气敏性能的影响
高兆芬 ，曾宇平
（１．上饶师范学院化学系，江西上饶３３４００１；２．中国科学院上海硅酸盐研究所，上海２Ｏ００５０）
摘要：在气体传感器中金属Ｐｄ被广泛用作的催化剂，利用直流溅射和浆料涂覆的方法制备出ＳｎＯ 气
敏元件，在氧气氛中通过直流溅射对ＳｎＯ 元件进行Ｐｄ掺杂，并对用不同制备方法所得元件的电导、灵敏
度等进行比较。结果表明：Ｐｄ掺杂降低了元件的电导，并使得电导峰出现的位置从４６０℃转移到２６０℃和
１８０ ｏＣ，这和样品的制备方法有关。Ｐｄ掺杂有利于提高ＳｎＯ 元件的灵敏度，特别在低温区（１００－２５０℃）
对不同气体的灵敏度有几十倍提高。 关键词：薄膜；电导；气敏；ＳｎＯ ；灵敏度
中图分类号：ＴＰ２１２．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－－９７８７（２００７）１０－－００３２－－０３
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｐｄ ｄｏｐｉｎｇ ｏｎ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ ｇａｓ
ｓｅｎｓｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ＧＡＯ Ｚｈａｏ．ｆｅｎ ．ＺＥＮＧ Ｙｕ．ｐｉｎｇ
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｓｈａｎｇｒａｏ Ｎｏｒｍａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈａｎｇｒａｏ ３３４００１，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｅｒａｍｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００５０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐａｌｌａｄｉｕｍ ｉｓ ａ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｃａｔａｌｙｓｔ ｉｎ ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒｓ，ＳｎＯ２ ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｖｉａ ＤＣ—ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ
ｓｌｕｒｒｙ ｃｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｒｅ ｔｈｅｎ Ｐｄ—ｄｏｐｅｄ ｂｙ ＤＣ—ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｉｎ ｏｘｙｇｅｎ
Ta：SnO2薄膜的制备与性能研究
第２６卷第２期 石家庄铁道大学学报（自然科学版） ｖ。１．２６ Ｎ。．２
２０１３年６月Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＩＪＩＡＺＨＵＡＮＧ ＴＩＥＤＡ０ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ） Ｊｕｎ．２０１３
Ｔａ：ＳｎＯ２薄膜的制备与性能研究
秦国强 ， 封雅宏 ， 张光磊 ， 杨亮亮 ， 张娟娟 ， 马岳峰
（１．石家庄铁道大学材料科学与工程学院，河北石家庄０５００４３； ２．石家庄市张石高速公路筹建处，河北石家庄０５００００） 摘要：ＳｎＯ：作为一种典型的宽带隙半导体材料具有许多优异的物理和化学性质，例如极高
的电子电导率、可见光透过率和化学稳定性，因此广泛用于光电材料、太阳能电池和气敏材料等
各领域。采用溶胶．凝胶法在玻璃基片上制备了ｒｒａ掺杂ＳｎＯ 透明导电薄膜，其中Ｔａ含量在８
ａｔｏｍ．％左右。Ｔａ：ＳｎＯ：薄膜的表面形貌较平整，但由于局部应力使薄膜出现了细小的断裂。
Ｔａ：ＳｎＯ 薄膜为金红石结构，结晶程度较高，由于Ｔａ¨、ｓｎ 离子半径接近，Ｔａ原子溶入ＳｎＯ 的
晶格中置换ｓｎ原予位置形成了稳定均一的固溶体结构，因此没有第二相出现，但是其晶格常数
略有变化。
关键词：溶胶凝胶法；Ｔａ掺杂ＳｎＯ ；光学和电子性质
中图分类号：ＴＱ１３６文献标识码：Ａ文章编号：２０９５～０３７３（２０１３）０２—００９２—０４
０ 引言
近年来，伴随着电子工业科技的飞速发展，薄膜技术日臻成熟，新的工艺使氧化物功能薄膜等作为半
导体材料、介电材料和电极材料广泛应用¨。 。作为光电子科技领域的主要光学材料之一，透明导电氧化
物（ＴＣＯ）薄膜因其透明、导电的优异性能而应用广泛。目前主要的应用领域有平面液晶显示（ＬＣＤ）、电
致发光显示（ＥＬＤ）、电致彩色显示（ＥＣＤ）、太阳能电池透明电极；由于它对光波的选择性（对可见光的投 射和对红外光的反射）而用作热反射镜，用于寒冷地区的建筑玻璃窗起热屏蔽作用，节省能源消耗。还可
元素掺杂带的影响
1) N i O掺的S n O2气体传感器对酒精蒸气具有较高的响应 ，并在低体积分数酒精气体中有较短的响应和恢复时间。
2) 通过共同沉淀法合成Zn掺杂的 S n O2纳米颗粒,提高了传感器对醇蒸气的响应 ，并在
Zn 的掺杂量为4 ％ ，2 5 0 ℃下展 现出最好的气敏性能。
3) 采用共沉淀化学法制备了不 同 Mn掺杂量SnO2，并进行了VOC s 气敏性能测试 ，结果表明：温度为3 0 0 ℃，M n掺杂摩尔分数为 1 ％时传感 器对 V O C s
气体具有最佳的敏感性能，在100—150qc 温度范围内,S M 1对酒精和甲醛表现出远远优于SnO2 ，SM5和SM10的响应；在300℃下，针对甲苯和二甲苯，4 种类型的传感器都具有较高的酒精选择性,针对甲醛 ，M n 掺杂显著提高了酒精选择性 ，并在M n 掺杂摩尔分数为1％ 时，选择性系数最大 ；特别是,针对甲苯和二甲苯,SM1在较低温度下仍具有大的酒精选择性系数,100- 400℃温度范围内 ,SM1具有较短的响应时间,恢复时间随温度的升高而降低，3 0 0 ℃比较符合实际应用情况 ；在3 0 0 o C下,S M 1具有良好的响应恢复特性响应时间不超过3S恢复时间不超过23S。
4) 国际上 In2O3的研究较早，Gurlo.A 等人采用溶胶-凝胶法制备纳米级别的In2O3纳米颗粒，合成出 In2O3粒径尺寸接近 5nm，对 NO2气体具有较高的灵敏度。常温下 In2O3的晶格常数 a=10.12Å, 属于直接带隙半导体材料。In2O3的禁带宽度在 2.8eV 左右，通过控制晶粒尺寸和掺杂等方式，可以在一个较大的范围调节其禁带宽度。In2O3对可见光是透明的，通过 Sn 等元素掺杂能够获得较高的导电性，因此在液晶显示、触摸屏幕、有机发光、太阳能电池等光学领域有着巨大的应用潜力
5) 了避免 In2O3纳米粒子由于小尺寸效应引起的团聚，提高纳米 In2O3的气敏性能，采用了多种方法：
SnO_2纳米薄膜的制备及光学性能研究
二氧化锡（SnO2）是一种宽带隙半导体材料［1］，禁带宽度3.6～4.0eV，具有对可见光透光性好、紫
外吸收系数大、电阻率低、化学性能稳定等优点，已
被广泛应用于高频电子器件、太阳能电池及显示器
的电极材料以及气敏传感器［2］等方面。SnO2薄膜对
于玻璃及陶瓷材料的粘附强度可达200㎏/cm2［3］。SnO2薄膜对环境的相对湿度也十分敏感，国内有
研究学者［4］发现，SnO2薄膜从低湿到高湿响应比较
快。多种工艺可以用来制备二氧化锡薄膜，如磁控
溅射、射频溅射、金属有机物热分解法、超声波喷雾
热解法、热蒸发法、激光脉冲沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶法等。其中热蒸发法镀膜具有设备简单、操作容易、成本低廉等优点而成为一种具有重要工
艺价值的制备方法。本研究试图通过对氧化锡薄膜
热蒸发制备工艺的探索为工业应用提供参考。1试验方法
将SnO2粉末放入陶瓷舟中，然后把陶瓷舟置
于陶瓷管中心，在陶瓷管的下气流方向等距（7.5cm）放置Si片，如图1所示，实验结束后取出坩埚，发
现SnO2体积减少不明显，在适当位置的Si片上有
薄膜沉积。
图1Si片放置图SnO2纳米薄膜的制备及光学性能研究
陈玉莲，曾大新
（湖北汽车工业学院材料工程系，湖北十堰442002）
摘要：采用热蒸发法制备氧化锡薄膜，结合相关理论制定了一系列实验。在不同的工艺条件下制备了氧化锡薄膜，研究了温度、基片距离和环境压力对薄膜的影响，并利用X射线衍射仪、拉曼谱仪对薄膜进行了成分及结构测试，用阴极发光方法测定了薄膜的发光性质。关键词：氧化锡；薄膜；热蒸发法；阴极发光中图分类号：TB34文献标志码：A文章编号：1008-5483（2009）04-0056-04
PreparationandOpticalPropertyofNanoTinOxideThinFilms
ChenYulian，ZengDaxin
（Dept.ofMaterialEngineering，HubeiAutomotiveIndustriesInstitute，Shiyan442002，China）
贵金属掺杂和表面修饰对氧化物半导体气敏性能影响的研究
I 中文摘要 贵金属掺杂和表面修饰对氧化物半导体气敏性能影响的研究 随着社会的不断发展与科技的不断进步，人们也越来越看重生活质量。在日常生活中难免会遇到一些有毒有害、易燃易爆气体，会对人身和财产造成危害。这时，气体传感器就会起到一个非常重要的作用，它能够及时的检测环境中的气体氛围。如今，科研工作者们致力于研制高性能、快速响应恢复和高选择性的气体传感器。 在众多气体传感器中，金属氧化物半导体式气体传感器是目前最主要的一种气体传感器。它有着制备工艺简单、成本低、气敏性能很好等优点。目前，人们尝试不同的方法来合成氧化物半导体材料。而纯的氧化物半导体材料在气体传感器上的应用，存在着一些缺陷，如灵敏度不高，响应恢复慢，选择性不好等缺点。这样，人们从改善材料形貌、掺杂、表面修饰以及材料的复合等方面改进金属氧化物半导体气体传感器性能。 本文以提高材料的气敏性能为出发点，利用贵金属对金属氧化物半导体进行表面修饰或者掺杂，并且制备出相应的气体传感器。利用X射线衍射分析（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及能量色散X荧光光谱（EDX）等表征手段，来分析材料的组成和形貌。本论文主要包含以下三个部分： 第一，通过静电纺丝方法合成二氧化锡（SnO2）纳米纤维，并利用湿法修饰方法修饰贵金属金（Au），同时对SnO2纳米纤维材料和Au-SnO2纳米纤维进行甲醛气敏性能测试。其中，相对于SnO2纳米纤维材料，Au-SnO2材料的响应度提高了2倍，而且有较低的工作温度，以及更好的选择性。 第二，利用静电纺丝方法制备不同贵金属银（Ag）含量掺杂铁酸镧（LaFeO3）纳米纤维，对比材料的甲醛气敏性能，以找出提高气敏性能的最佳Ag掺杂比。通过贵金属Ag掺杂之后的LaFeO3纳米纤维材料有着更好的甲醛气敏特性，其中2 mol% Ag掺杂时，有着最好的气敏特性。此时，对于100 ppm甲醛气体有着20的灵敏度，检测下限可达5 ppm，响应恢复时间在5 s之内，而且对甲醛气体有着很好的选择性。并解释了Ag掺杂改善气敏性能的机理。 第三，通过水热法来合成SnO2八面体材料，并在表面修饰贵金属Au，制备出Au-SnO2八面体材料，通过表征手段证明Au成功的修饰在SnO2八面体材料表面，并且测
纳米SnO2的光催化改性及制备方法研究
中国粉体工业 2019 No.418纳米SnO
2的光催化改性
及制备方法研究
孙镇镇/文
【摘要】SnO2是一种n型半导体，具有特殊的晶体结构、表面特性和吸附
特性，通过简单改性就具有良好的光催化活性。SnO2反应条件温和且能耗低、
反应速度快、催化活性较高且氧化能力强，更重要的是无二次污染，被认为是
最可靠的绿色环保催化剂之一。本文简单介绍了SnO2的结构特点，对其光催
化改性和其制备方法进行了重点阐述。
【关键词】SnO2结构特点；光催化改性；制备方法
1.SnO2的结构特点SnO2是一种n型半导体，在紫外
光下具有良好的催化性能，可以将有
机污染物氧化分解为无害的二氧化碳和
水，其结构和性能易于调控，具有特殊
的晶体结构、表面特性和吸附特性，通
过简单改性就具有良好的光催化活性，
因此使其与传统催化剂相比表现出独特
的性质。
半导体氧化物材料如TiO2作为多
相光催化剂，已被广泛应用于氢气生产、
水污染控制和染料敏化太阳能电池等许
多领域。与TiO2等半导体光催化剂类似，SnO2由于其良好的光催化化活性，
广泛应用于水和空气中有机污染物的清
洁净化领域［1］。
SnO2同时是一种优秀的透明导电
材料。它是第一个投入商用的透明导电
材料，为了提高其导电性和稳定性，常
进行掺杂使用，如SnO2：Sb、SnO2：F等。
二氧化锡（SnO2）电极广泛应用于
高档光学玻璃的熔炼以及电解铝行业，
二氧化锡电级尤其适用于火石类玻璃、
钡火石、钡冕，以及重冕玻璃等的熔炼，
且对玻璃不产生污染。SnO2是一种重要的半导体传感器
材料，用它制备的气敏传感器灵敏度高，
被广泛用于各种可燃气体、环境污染气
体、工业废气以及有害气体的检测和预
报。以SnO2为基体材料制备的湿敏传
感器，在改善室内环境、精密仪器设备
机房以及图书馆、美术馆、博物馆等均
有应用。通过在SnO2中掺杂一定量的
CoO、Co2O3、Cr2O3、Nb2O5、Ta2O5等，
可以制成阻值不同的压敏电阻，在电力
系统、电子线路、家用电器等方面都有
具体型号的气敏传感器的封装形式、性能指标、典型应用
具体型号的气敏传感器的封装形式、性能指标、典型应用
半导气体传感器
这种类型的传感器在气体传感器中约占60%，根据其机理分为电导型和非电导型，电导型中又分为表面型和容积控制型。
（1）SnO2半导体是典型的表面型气敏元件，其传感原理是SnO2为n型半导体材料。当施加电压时，半导体材科温度升高，被吸附的氧接受了半导体中的电子形成了O2或O2原性气体H2、CO、CH4存在时，使半导体表面电阻下降，电导上升，电导变化与气体浓度成比倒。NIO为p型半导体，氧化性气体使电导下降，对O2敏感。ZNO半导体传感器也属于此种类型。
A.电导型的传感器元件分为表面敏感型和容积控制型，表面敏感型传感材料为SnO2+Pd、ZNO+Pt、AGO、V2O5、金属酞青、Pt--SnO2。表面敏感型气体传感器可检测气体为各种可燃性气体CO、NO2、氟利昂。传感材料Pt--SnO2的气体传感器可检测气体为可燃性气体CO、H2、CH4。
B.容积控制型传感材料为Fe2O8和TiO2、CO-AGO--SnO2体传感器可检测气体为各种可燃性气体CO、NO2、氟利昂，传感材料Pt--SnO2。
容积控制型半导体气体传感器可检测气体为液化石油气、酒精、空燃比控制、燃烧炉气尾气。
（2）容积控制型的是晶格缺陷变化导致电导率变化，电导变化与气体浓度成比例关系。 Fe2O8、TiO2属于此种，对可燃性气体敏感。
（3）热线性传感器，是利用热导率变化的半导体传感器，又称热线性半导体传感器，是在Pt丝线圈上涂敷SnO2层，Pt丝除起加热作用外，还有检测温度变化的功能。施加电压半导体变热，表面吸氧，使自由电子浓度下降，可燃性气体存在时，由于燃烧耗掉氧自由电子浓度增大，导热率随自由电子浓度增加而增大，散热率相应增高，使Pt丝温度下降，阻值减小，Pt丝阻值变化与气体浓度为线性关系。
这种传感器体积小、稳定、抗毒，可检测低浓度气体，在可燃气体检测中有重要作用。