一維結構二氧化錫的氣敏性能研究

李小博 高于涵 馬占營 范廣(咸陽師范學院化學與化工學院，陜西 咸陽 712000)

近年來，一維半導體納米材料的合成及其納米尺度光電子器件的設計與制造已成為當前納米科學與技術的前沿領域。SnO2是一種非常重要的寬禁帶（3.6eV）透明半導體材料，具有許多獨特的光學和電學性質，在化學、生物傳感、太陽能電池、光催化、執行器、光電子器件和平板顯示等領域具有廣泛的應用。自從2001年首次制備出SnO2等氧化物納米帶以來,人們通過熱蒸發（TE）、化學氣相沉積（CVD）、金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）、激光燒蝕法（LA）和濕化學法制備出了各種各樣一維SnO2納米結構材料，其中有納米棒[1]、納米線[2]、鳥嘴狀納米棒[3]、納米帶、Z-結構納米帶[4]、納米管、納米彈簧、納米環、納米棒陣列以及復雜的分級結構[5]。同時，科學家們還測試SnO2納米棒、納米線和納米帶制備出了場效應晶體管、化學傳感器。研究了納米線、納米帶、鳥嘴狀納米棒、納米草等結構的場發射特性，以及一維結構的氧化錫其他各種性能。然而，迄今未見一維結構SnO2納米錐陣列的氣敏性質報道。一維結構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，具有尖端結構的一維SnO2納米錐陣列具有很大的科學意義。

1 實驗方法

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，開始加熱。反應以10oC/min的加熱從室溫加熱到600oC，保溫1h，反應結束時溫度自然冷卻到室溫。取出襯底，在FTO導電玻璃上會生長出一層白色的產物[6]。

2 實驗結果

圖1是樣品的掃描電鏡照片和XRD。如圖1a所示，樣品是大面積生長在導電基質上，具有明顯的錐形結構。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構 SnO2的(110)、(101)、(200)、(211)和(002)晶面的衍射峰相對應(JCPDSNo.41-1445)，說明合成的樣品為純的SnO2。

圖1

3 一維結構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℃下對不同濃度丙酮和乙醇蒸氣響應-恢復曲線。當不同濃度的氣體注射到測試室時，輸出電阻(Routput)快速減小，當測試氣體釋放后，又快速恢復到初始值。這種情況與n-型半導體傳感器的氣敏特性相符合。輸出電阻的減小數值(△R)隨著氣體濃度的增加而增加。經過多次在測試氣體和空氣之間的循環后，輸出電阻值還是能夠恢復到其初始值，這表明該傳感器具有良好的可逆性。樣品傳感器對丙酮和乙醇的響應時間分別約為1-2s和1-3s，恢復時間分別約為2-35s和2-4s。

4 結語

由于豎直一維結構的構造優勢，我們對一維結構氧化錫納米錐陣列進行了氣敏性能的測試。發現一維結構氧化錫氣納米錐陣列對于丙酮和乙醇顯示出了良好的響應,對于研究氧化錫納米材料的氣敏性能以及研究結構和性能之間的關系，有著一定的價值。參考文獻：

[1]ChengB,RussellJM,Shi,ZhangLandSamulskiET2004 J.Am.Chem.Soc.1265972-3.

[2]LiLJ,ZongFJ,CuiXD,MaHL,WuXH,ZhangQD,WangYL,YangF,ZhaoJZ2007Mater.Lett.614152–5.

[3]HeJH,WuTH,HsinCL,LiKM,ChenLJ,ChuehYL,ChouLJandWangZL2006Small2116-20.

[4]JunhongDuan,ShaoguangYangandetc.J.Am.Chem.Soc.,2005,127(17),6180-6181.

[5]QingyanWang,KeYuandFengXuSolidStateCommuni?cations143(2007)260–263.

[6]Xiaoboli，xuewenwangandetc.ACSAppl.Mater.Interfac?es2013,5,3033?3041.