低维纳米SnO2气敏材料的制备

低维纳米SnO2气敏材料的制备郑丽华刘硕宋丽蓉徐梦杨小燕孙怡朱桂莲背景介绍气敏材料的研究对提高气敏传感器的灵敏度、选择性、长期稳定性以及降低工作温度、缩短响应时间等方面有着重要的作用。

SnO2是最早使用也是目前应用最为广泛的一种气敏材料。

半导体气敏元件与特定气体接触时，半导体的性质将发生变化，借此检测气体的成分及其浓度。010203

气敏传感器SnO2作为气敏材料有许多优于其他材料的性能，如物理化学稳定性好、工作温度低、灵敏性较高等，但其选择性、响应时间和恢复时间等方面的性能有待提高。可利用亚微米及纳米技术制备比表面积较大的低维SnO2材料，以改善其不足从而提高气敏性能。

SnO2气敏材料低维纳米SnO2气敏材料制备方法A.

溶胶凝胶法B.

水热法C.

化学气相沉积D.

双模板法溶胶凝胶法制备SnO2纳米颗粒

在常温下，利用SnCl4-柠檬酸溶液的水解生成Sn(OH)4或SnO2·nH2O

，制备纯净的SnO2粉体。反应中加入的柠檬酸与Sn4+螯合，使溶液中的Sn4+被体积较大的柠檬酸均匀分散，从而制备粒径更小的纳米晶体。

制备原理辛有飞.SnO2材料的制备及气敏性能的研究.燕山大学,2010溶胶凝胶法

制备工艺流程图SnCl4溶液柠檬酸溶液氨水溶胶凝胶干燥烧结SnO2纳米粉体研磨研磨水解溶胶凝胶法

制备过程(1)氢氧化锡溶胶的制备：配制一定摩尔浓度的四氯化锡-柠檬酸溶液将一定量的25%的氨水逐滴加入到四氯化锡溶液中，边滴加边搅拌。(2)胶体的老化：配制好的溶胶，需要静置老化后，才能变为凝胶。(3)胶体的干燥：将制得的氢氧化锡胶体放到电热恒温干燥箱中，在70℃下干燥完全后，再将烘干后的胶体在玛瑙研钵中研磨，得到非常疏松的白色水合氧化锡粉体。(4)干凝胶的烧结：将制得的水合氧化锡白色粉体放入电阻炉中煅烧，经煅烧后的样品用玛瑙研钵研磨后，即可以得到纯净的

SnO2粉体。图1.500℃退火后不同柠檬酸浓度下的SnO2粉体的TEM和选区电子衍射图(a)0.1mol/L；(b)0.2mol/L；(c)0.3mol/L；(d)0.2mol/L柠檬酸下SnO2粉体选区电子衍射图图2.不同退火温度的SnO2薄膜的TEM

图(a)400℃；(b)600℃；(c)800℃溶胶凝胶法制备SnO2纳米颗粒溶胶凝胶法的优缺点优点：实验设备简单易控，实验重复性好制备温度较低颗粒度均一，产物粒径小粉体产率高、性能好

缺点：方法相对较复杂水热法制备SnO2纳米材料水热法制备SnO2纳米材料的优势反应在相对高的温度和压力下进行，可实现在常规条件下不能进行的反应。改变反应条件可能得到具有不同晶体结构、组成、形貌和尺寸的产物。产物为晶态，无需焙烧晶化，可以减少团聚。水热法制备蒲公英型SnO2微米球加入NaOH溶液并搅拌H2O+正丁醇Span80反应釜中水热反应沉淀物蒲公英型SnO2微米球分离、洗涤、烘干Sn(OH)62-前驱液配制SnCl4溶液

制备工艺流程图王宇.SnO2及SnFeNbO体系的合成与性质研究.吉林大学,2008cdab水热法制备蒲公英型SnO2微米球所得样品的XRD分析

实验结果分析水热法制备蒲公英型SnO2微米球直接制备由多个一维纳米结构单体有序组装成的大尺寸的纳米组装结构改变实验参数，可以得到不同形貌和尺寸的纳米粉体纳米棒成发散状排列，形成了大量的孔隙，利于气体的扩散，提高了材料的气敏性能。本制备方法的优点CVD法制备SnO2纳米材料

化学气相淀积是一种或多种气态物质在衬底表面进行化学反应制备SnO2纳米材料。物质源：SnO、Sn、SnCl2、SnCl4或含锡的有机化

合物氧气源：O2、H2O2、Fe(NO3)3载气：N2、Ar衬底：SiO2、Au

上图为一种化学气相沉积装置。在反应室中，载气携带高温蒸发物质源与氧气源进行反应，在热衬底上淀积生长SnO2薄膜、纳米棒、纳米管等。CVD法制备SnO2纳米材料曾春来,唐东升.物理学报.2007,56(11):6531-06CVD法制备纳米SnO2管用燃烧化学气相沉积法制备横截面为正方形的纳米SnO2管制备工艺流程图二乙基己酸锡盐无水乙醇溶液微米与亚微米雾滴高纯氧气大气环境燃烧形成SnO2气相火焰传输至SiO2衬底凝胶沉积成SiO2碳纳米管2Sn[OOCCH(C2H5)C4H9]2+45O2→2SnO2+32CO2+30H2O纳米SnO2管的SEM图像制备的纳米SnO2管垂直于衬底生长，横截面为正方形。CVD法制备纳米SnO2管

实验结果分析L.Yingetal.Adv.Func.Mater.2005,15,No.1纳米微粒颗粒均匀，纯度高，粒度小，分散性好；化学反应活性高，易于在淀积过程中掺杂，工艺可控且连续；CVD法制备SnO2纳米材料CVD法制备SnO2纳米材料的优点CVD法制备SnO2纳米材料的缺点设备条件要求高，过程不易控制。双模板法制备SnO2纳米管

制备原理及过程一定浓度葡萄糖乙醇水溶液超声分散黑色悬浮液双重模板MWCNT密封高压釜内190℃加热6h深紫色混合物离心分离，清洗，干燥

PreparationofDualTemplatesL.S.Zhangetal.Chem.Mater.2010,22,414–419双模板法实验结果nanoparticles’grainsize:5~7nmnanotubulardiameter:40nmrutilephase双模板法AdvantageofsmallgrainsizeandtubularstructureSnO2hollowstructurewasapromisingnanomaterialinfabricatingquickresponseandrecoverygassensor.allowfullcontactbetweenSnO2surfaceandgasmolecules,fastdiffusionoftargetgasthesignaldriftingismuchsmallerfromhollowstructurethanfromcommercialSnO2fastandfullrecoveryofthesensingmaterialwhenhydrogenflowiscutoff参考文献辛有飞.SnO2材料的制备及气敏性能的研究.燕山大学,2010；王宇.SnO2及SnFeNbO体系的合成与性质研究.吉林学,