Al2O3掺杂ZnO纳米粉体的制备及气敏特性研究.pdf

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1、2011钲仪表技术与传感器2011第3期InstrumentTechniqueandSensorNo．3Al2O3掺杂ZnO纳米粉体的制备及气敏特性研究田野，潘国峰，杨瑞霞(河北工业大学信息工程学院，天津300130)摘要：采用sol—gel法制备了W(A1：O3)为2％一4％的A12O，一ZnO纳米粉体，利用XRD和SEM等测试手段分析了粉体的微观结构。研究了Zn。浓度、pH值和清洗对粉体制备的影响。采用静态配气法测试了由所制粉体制成的气敏元件对丙酮、乙醇、甲醇等气体的气敏性能。结果表明：用该法得到的粉体材料颗粒粒径小，工作温度为160oC时，由(A1：O)为3％的粉体在700oC退火制

2、得的气敏元件对体积分数为40％的丙酮的灵敏度最高可达到7779，响应一恢复时间均为lS．关键词：ZnO；A12O3；sol—gel法；气敏性能；灵敏度中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)03—0011—04PreparationandGasSensingPropertyStudies0fAl2o3一dopedZnoNanopowderTIANYe，PANGuo—feng，YANGRui—xia(SchoolofInformationEnglneering，HebeiUniversityofTechnology，Tianjin300130，China)

3、Abstract：A1203一dopedZnOnanopowderscontaining2％一4％A12O3werepreparedbythesol—gelmethod，andtheirmicro—structurewascharacterizedbyXRDandSEM．PowderspreparationwasinvestigatedtowardsZn“concentration，pHandcleaning．Gassensorswerefabricatedfromthepreparednanopowders，andthesensitivityofthemtoacetone，ethanol

4、andmethanolwasmeas—uredviathestoicvolumetricmethod．Theresultsindicatethattheparticlesizeofobtainednanopowdersissmal1．Forsensorsfabri-catedfromnanopowderscontaining3％A1203undertheannealingtemperatureof700℃，themaximumsensitivitytoacetone(vol—umefraction：40％)reaches7779attheoperatingtemperatureof162o

5、C．Theresponse·recoverytimeis1S．Keywords：ZnO；A12O3；sol—gelmethod；gassensingprope~y；sensitivity0引言后，将溶胶放人红外烘烤箱中，在100℃下干燥，制得干凝胶，ZnO是发现最早的半导体气敏材料之一，具有较大的禁带研磨成粉末。粉末经300℃、2h预烧后，用去离子水清洗4宽度及良好的光电、压电和气敏特性。然而ZnO气敏传感器灵次，去除多余的Na和NO；，再次烘干形成原粉。敏度偏低、工作温度偏高，使得ZnO不如SnO：和FeO，的应用使用RJx一5—13型马弗炉对原粉进行退火处理，分别在范围广泛J。目前，对

6、ZnO的研究主要集中在提高灵敏度和500cc、700cc和900℃下煅烧，为了确保退火完全，恒温时间降低工作温度上。一般可以选择贵金属掺杂，但是该方法存在均为3h，自然冷却10h后取出。根据范志新的研究，AIO成本高、使用寿命短等问题。为了克服这些缺点，文中提出掺杂ZnO的最佳掺杂量应为3％。因此，制备2％A1：O，一ZnO，采用s01一gel法制备A1：O掺杂纳米ZnO粉体。研究发现，适量3％A12O，一ZnO，4％A12O一ZnO纳米粉体。其中的％是掺入掺杂A1O可提高纳米ZnO对丙酮的敏感特性，其中掺杂的A1：O的质量分数。W(A1：0，)为3％的纳米ZnO对丙酮有很高的灵敏度、较低

7、的工1．2工艺条件的影响分析作温度和很好的响应一恢复时间，有望开发成为一种较理想的1．2．1Zn“浓度对胶体稳定性的影响丙酮气敏元件材料。反应物浓度很低或很高时，溶胶都呈稳定状态。在浓度很1实验低时，胶粒成核速度和生长速度都很低，容易形成溶胶，但成胶1．1样品的制备速度慢。zn“浓度较高时，胶核生长速度大于成核速度，容易取不同比例的Zn(NO，)2·6H2O和Al(NO)3·914：O溶形成大颗粒沉淀。zn“浓度很高时，