Ag+掺杂TiO2-SnO2基纳米复合材料气敏性能.pdf

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1、万方数据第32卷第7期2010年07月武汉工程大学学报J．WuhanInst．Tech．V01．32No．7Jul．2010文章编号：1674—2869(2010)07—0071～03Ag+掺杂Ti02一Sn02基纳米复合材料气敏性能付萍，林志东(武汉．r-：g大学材料科学与工程学院，湖北武汉430074)摘要：采用溶胶·凝胶法制备了Ti02一Sn02复合纳米材料，以其为基底进行Ag+掺杂作为气敏材料，制备成旁热式气敏元件，研究了无光照和313nm紫外光照下元件对有机挥发气体甲醇和乙醇的气敏特性．结果表明：紫外光照可使半导体元件的电导显著增大，提高元件

2、对醇类有机挥发性气体的灵敏性，240℃时灵敏度为62，是无光照时的I．5倍；在乙醇气体浓度为4．5×10“mol／L时灵敏度达到26．5，而无光照时仅为9．5．关键词：二氧化钛；二氧化锡；Ag+掺杂。；紫外光照；气敏性中图分类号：TN304．92文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1674—2869．2010．07．018O引言SnO。气敏传感器具有优异的气敏性能，是目前主要的商用半导体气敏传感器．但此类传感器要求的工作温度较高(>300℃)，器件功耗较大．因此，探索提高SnO：气敏材料性能的方法，降低气敏传感器的工作温度成为近年来气敏

3、材料研究的重点．目前提高金属氧化物半导体气敏性能的方法主要有纳米化、掺杂和复合以及紫外光照口呻]．材料纳米化以及掺杂修饰都不同程度地提高了气敏元件的气敏性能，但依然存在灵敏度偏低，主要表现为检测VOCs气体的浓度下限不够低．采用紫外光辐照可提高某些金属氧化物传感器对气体的敏感程度，缩短响应和恢复时间．尤其降低了工作温度，使其能适应多种含易燃、有毒气体的环境，大大提升了该类传感器的实用性，具有较高的研究价值．纳米TiO：具有较好的光催化性能，禁带宽度为3．2eV，在紫外光照下能产生大量的空穴一电子对．关于TiO：-SnOz复合体系的气敏性能已有广泛探讨，

4、但对其进行金属离子掺杂后在紫外光照下进行研究却鲜见报导．本文通过对Ti02-SnO：复合纳米材料进行Ag+掺杂，将其作为气敏材料制备成烧结式气敏元件，研究了紫外光照下气敏元件对VOCs气体甲醇、乙醇的气敏性能．1实验部分1．1纳米复合材料及气敏元件的制备以Ti(OC。H。)t、SnCl。·5H20为原料，采用溶胶一凝胶法(sol—gel)制备了TiO。一Sno：(Sn：Ti一7；1)复合纳米粉体．取适量放置于锥形瓶中，向锥形瓶中滴入一定量的配制好的0．1mol／L的AgNO。溶液，使得瓶中Ag+浓度达到0．5％(质量比)，从而制得复合掺银气敏材料TiO

5、。一SnO。一Ag+．向复合粉体中掺入适量的聚乙二醇分散剂和乙基纤维素粘结剂后进行充分研磨，得到均匀的气敏浆料，将气敏浆料均匀涂敷在上有金电极的Al：o。陶瓷管表面，室温自然风干后在马弗炉内450℃烧结30rain，冷却取出，得到气敏元件．1．2复合粉体表征复合材料粒子的大小和形貌用JMS-5510I，V型扫描电子显微镜进行观察，并通过扫描电镜微区成分分析确定复合材料中Sn／Ti比例为7：1．1．3气敏性能测试气敏测试利用WS-30型静态气敏测试仪，采用静态配气法，利用功率为4W的紫外仪，光源距气敏元件距离0．21TI，分别在无紫外光照、波长为313r

6、im的紫外光辐照下对气敏元件的气敏性能进行测试．灵敏度S=R。／R。，R。和R。分别为气敏元件在空气中和在待测气体中的电阻值．2结果与分析2．1纳米TiO。一SnO。复合材料粉体的表征图1是纳米复合材料粉体的SEM图像．纳米材料颗粒粒径为170nm，有团聚现象，形状较规则，呈球状．收稿日期：2010—01—26基金项目：湖北省自然科学基金(2007ABAl52)，湖北省教育厅基金(Q20081503)作者简介：付萍(1975一)，女，湖北武汉人，讲师。硕士．研究方向：功能材料的制备和应用．万方数据72武汉工程大学学报第32卷图1Ti02一Sn02复合材

7、料的SEM照片Fig．1SEMphotographofTi02一Sn02compositenanomaterials2．2气敏元件空气电阻一温度关系曲线图2是TiO：一SnO。纳米复合材料气敏元件的空气电阻随加热温度变化的曲线．图2表明，气敏元件的空气电阻在无光照和紫外光照下均随温度的升高而降低．无光照时，Ag+的引入使元件的电阻下降较快，由120℃的398k13下降到320℃的63kQ，表明适量的Ag+掺杂可提高元件的导电性；’紫外光照下，Ti02一Sn0。基元件和Ti02-Sn02-Ag+基元件的电阻较无光照时下降得更快，Ti02-SnO。一Ag+

8、基元件的电阻由120℃的126ki2下降到320℃的13kQ．根据气敏传感的机理，气敏元件电阻