一維結(jié)構(gòu)二氧化錫的氣敏性能研究

李小博 高于涵 馬占營(yíng) 范廣(咸陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

近年來(lái)，一維半導(dǎo)體納米材料的合成及其納米尺度光電子器件的設(shè)計(jì)與制造已成為當(dāng)前納米科學(xué)與技術(shù)的前沿領(lǐng)域。SnO2是一種非常重要的寬禁帶（3.6eV）透明半導(dǎo)體材料，具有許多獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，在化學(xué)、生物傳感、太陽(yáng)能電池、光催化、執(zhí)行器、光電子器件和平板顯示等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。自從2001年首次制備出SnO2等氧化物納米帶以來(lái),人們通過(guò)熱蒸發(fā)（TE）、化學(xué)氣相沉積（CVD）、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）、激光燒蝕法（LA）和濕化學(xué)法制備出了各種各樣一維SnO2納米結(jié)構(gòu)材料，其中有納米棒[1]、納米線[2]、鳥(niǎo)嘴狀納米棒[3]、納米帶、Z-結(jié)構(gòu)納米帶[4]、納米管、納米彈簧、納米環(huán)、納米棒陣列以及復(fù)雜的分級(jí)結(jié)構(gòu)[5]。同時(shí)，科學(xué)家們還測(cè)試SnO2納米棒、納米線和納米帶制備出了場(chǎng)效應(yīng)晶體管、化學(xué)傳感器。研究了納米線、納米帶、鳥(niǎo)嘴狀納米棒、納米草等結(jié)構(gòu)的場(chǎng)發(fā)射特性，以及一維結(jié)構(gòu)的氧化錫其他各種性能。然而，迄今未見(jiàn)一維結(jié)構(gòu)SnO2納米錐陣列的氣敏性質(zhì)報(bào)道。一維結(jié)構(gòu)SnO2納米錐陣列具有很大的比表面積，因此，研究高密度，小尺寸，具有尖端結(jié)構(gòu)的一維SnO2納米錐陣列具有很大的科學(xué)意義。

1 實(shí)驗(yàn)方法

稱量0.15gSnCl2.2H2O和1.8gZnCl2，將其壓碎混合均勻后倒入坩堝。取2×2.5cm2的FTO導(dǎo)電玻璃，分別在去離子水，丙酮和乙醇中超聲30分鐘，把處理好的FTO導(dǎo)電玻璃豎直的卡入坩堝中。然后將坩堝放置于馬弗爐的中央，開(kāi)始加熱。反應(yīng)以10oC/min的加熱從室溫加熱到600oC，保溫1h，反應(yīng)結(jié)束時(shí)溫度自然冷卻到室溫。取出襯底，在FTO導(dǎo)電玻璃上會(huì)生長(zhǎng)出一層白色的產(chǎn)物[6]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1是樣品的掃描電鏡照片和XRD。如圖1a所示，樣品是大面積生長(zhǎng)在導(dǎo)電基質(zhì)上，具有明顯的錐形結(jié)構(gòu)。在圖1b中，2Theta值為 26.8o、33.9o、38.1o、51.8o、57.8o處的衍射峰同四方相結(jié)構(gòu) SnO2的(110)、(101)、(200)、(211)和(002)晶面的衍射峰相對(duì)應(yīng)(JCPDSNo.41-1445)，說(shuō)明合成的樣品為純的SnO2。

圖1

3 一維結(jié)構(gòu)二氧化錫氣納米錐陣列氣敏性能

圖2

圖2 a,2b分別是樣品在350℃下對(duì)不同濃度丙酮和乙醇蒸氣響應(yīng)-恢復(fù)曲線。當(dāng)不同濃度的氣體注射到測(cè)試室時(shí)，輸出電阻(Routput)快速減小，當(dāng)測(cè)試氣體釋放后，又快速恢復(fù)到初始值。這種情況與n-型半導(dǎo)體傳感器的氣敏特性相符合。輸出電阻的減小數(shù)值(△R)隨著氣體濃度的增加而增加。經(jīng)過(guò)多次在測(cè)試氣體和空氣之間的循環(huán)后，輸出電阻值還是能夠恢復(fù)到其初始值，這表明該傳感器具有良好的可逆性。樣品傳感器對(duì)丙酮和乙醇的響應(yīng)時(shí)間分別約為1-2s和1-3s，恢復(fù)時(shí)間分別約為2-35s和2-4s。

4 結(jié)語(yǔ)

由于豎直一維結(jié)構(gòu)的構(gòu)造優(yōu)勢(shì)，我們對(duì)一維結(jié)構(gòu)氧化錫納米錐陣列進(jìn)行了氣敏性能的測(cè)試。發(fā)現(xiàn)一維結(jié)構(gòu)氧化錫氣納米錐陣列對(duì)于丙酮和乙醇顯示出了良好的響應(yīng),對(duì)于研究氧化錫納米材料的氣敏性能以及研究結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，有著一定的價(jià)值。參考文獻(xiàn)：

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