znsnolt3gt掺杂气敏特性及其机理模型研究

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1、中文摘要摘要本文以一种新型的基底气敏材料ZnSn03为研究对象，分别对这种材料的纳米化制备、气敏性能、掺杂改性等方面进行实验；建立表面态陷阱模型和化学吸附过程模型分别对表面的电子转移和化学吸附隋况进行了模拟；对ZnSn03材料表面处Fermi能的相对位置进行了实验测定并提出了Fermi能钉扎理论。利用x射线衍射仪对三种不同制备方法制出的ZnSn03粉末进行成分分析；对三种不同的Ti02掺八方法所得到的样品进行纯度分析。结果表明：当热处理温度和时间分别是600℃和30h时，可以获得高纯纳米ZnSn03粉末；向Ti02溶胶中加入ZnSn03前驱体这种掺入方

2、法所得的粉末纯度最高。利用TEM对纯ZnSn03粉末以及各种掺Ti02方法得到的样品进行粒径观察包括Ti02；利用EDS对不同掺入方法所得的样品以及实验制的Ti02和商用Ti02进行元素分析。可观察到：草酸一氨水共沉淀法得到的粉末粒径仅为20rim左右；用向Ti02溶胶中加入ZnSn03前驱体这种掺入方法并热处理30小时后所得的粉末，即样品TZ30，的粒径为35nm。利用DSC．TG对草酸一氨水共沉淀法(C)制得的前驱体以及TZ30样品的前驱体进行全程反应跟踪。利用FT-IR对向Ti02溶胶中加入ZnSn03前驱体这种掺入方法并热处理分别为10小时和3

3、0小时后所得的样品TZl0、TZ30进行了成分分析。结果表明：TZl0、TZ30中存在极少量的未知物质。对三种不同掺入方法所得的粉末和纯ZnSn03粉末进行了比表面积测定，发现TZ30的比表面积最大。利用SEM对掺入Ti02的ZnSn03传感器具有较高的灵敏度进行了解释；观察了不同种掺八方法的ZnSn03基传感器表面形貌，从而从微结构上来解释掺杂量对灵敏度的影响、不同的掺入方法对灵敏度的影响。利用HW-30A气敏检测仪对由所有样品制得的传感器进行气敏特性测试。结果发现：由C法并在600。C下热处理30小时所制成的粉末制成的传感器在烧结温度和时间分别为7

4、00℃和2h时对乙醇具有很高的灵敏度，选择性和稳定性。在所有的掺杂剂中，Yi02能显著提高其灵敏度且是纯ZnSn03传感器的两倍多，最佳掺杂量为5％mol。此外，掺Ti02的ZnSn03传感器的回复．响应时间为10s左右；在有其它气体存在时，这种掺杂ZnSn03传感器仍然对乙醇有较高的选择性。由TZ30样品所制得的传感器对乙醇具有最高的灵敏度并保持良好的选择性。关键词：电子陶瓷，ZnSn03气敏材料，掺杂，气敏特性，机理模型英文摘要ABSTRACTThisdissertationaimsataNoriginalzinctincomplexoxide(Z

5、nSn031basedgassensitivematerial．Thenano．sizedpowderpreparation，gassensitivepropertiesandmodificationofZnSn03havebeenresearched；thesurfacestatetrappingmodelandchemicalabsorptionprocessmodelhavebeenestablishedtosimulatechemicalabsorptionandtheconditionofelectronmotiononsurface．The

6、relativepositionofFermienergyonsurfaceofZnSnOsmaterialhasbeeninvestigatedandFermienergyspinningtheoryhasbeenproposed．ThecompositionofZnSnOspowderpreparedbythreedifferentpreparationmethodsandthesamplemanufacturedbythreedifferentTi02additionwayshavebeenanalyzedthroughX—raydiffract

7、ion．Asaresult，ultra-purityandnano·sizedZnSnOspowdercailbeenobtainedwhenheattreatedat600℃for30h．Moreover,powderNbricatedfrommethodofadditionofTi02geltoZnSnOsprecipitantshasthehighestpurity．TheparticlesizesofpureZnSn03，samplesfromvariousTi02additionmethodsaswellastitaniahavebeenin

8、vestigatedbyutilizingtransmissionelectronmicros