二氧化錫納米棒在丙酮氣體傳感器中的應用及性能研究

◎鐘義濤 聶爽 祁曉靜 于天琦王寶祺

一、引言

用于檢測有毒和可燃氣體的氣體傳感器由于越來越受到環境保護和安全方面的關注而備受關注。金屬氧化物半導體，如SnO<下標> 2下標和ZnO，由于其對目標氣體的高靈敏度和易制造性，在敏感材料中得到了廣泛的應用，已有十多年的歷史。二氧化錫作為一種新型無機功能材料，廣泛應用于氣體傳感器、鋰離子電池、催化劑、太陽能電池、光電探測器。二氧化錫傳感器有許多氣體，如乙醇、丙酮、氫、天然氣和液化石油氣。但是，二氧化錫敏感材料的性能受其微觀結構和晶粒尺寸等因素的影響，進而影響傳感器的應用測定。因此，需要對納米SnO<下標> 2下標材料的形態和結構進行深入的研究。

二、實驗

我們采用簡單的水熱法制備了SnO2納米棒。利用鹽酸將乙醇和去離子水的混合物溶液(體積比1：10)的pH值調節至2。在上述混合溶液中加入63微升的無水四氯化錫，超聲處理30分鐘以獲得均勻混合物。然后將所得混合物轉移至45mL高壓水熱釜中，放置烘箱中保持在200℃，且分別恒溫10和12小時，冷卻室溫后，用去離子水和乙醇洗滌樣品，在80℃條件下徹底干燥12小時在400℃退火2小時。將制得的SnO2充分研磨成粉末，加入乙醇，放入超聲波清洗器中使其成為均勻溶液，用涂抹筆將溶液均勻的涂在平面基片的金屬上，然后通過焊接的方式將平面基片焊接在四角底座上，制備了電阻型金屬氧化物半導體氣體傳感器。

三、結果與討論

從圖1顯示了恒溫10小時和12小時制備的SnO2納米粒子的SEM照片，結果發現恒溫10小時的樣品（圖a）程球形，尺寸較大，單分散性不好。而恒溫12小時的樣品，程六方棒狀，尺寸較小且均勻，說明該樣品的比表面積較大，可能具有更好的吸附性及傳感性能。

圖1 在200℃，且分別恒溫10（a）和12小時（b）制備的SnO2納米粒子。

圖2（a）是氣體濃度為200ppm時，傳感器分別在100℃、200℃、300℃對丙酮的靈敏度變化曲線。傳感器在300℃條件下靈敏度性能高于100℃、200℃。說明傳感器在300℃靈敏度性能高，恢復時間短。圖2（b）是在300℃下丙酮氣體濃度分別為100 ppm、300 ppm和400 ppm的靈敏度曲線。在一定條件下，丙酮濃度越高，傳感器的靈敏度越高。當傳感器從空氣中進入含丙酮的氣瓶后，曲線迅速上升，然后逐漸穩定，表示傳感器的響應時間短，而當從氣瓶轉移至空氣中，靈敏度曲線迅速下降，然后逐漸穩定，表明傳感器恢復較快。重復以上過程50個循環，結果發現傳感器的穩定性較好。

圖2 （a）丙酮傳感器在不同溫度下的靈敏度曲線；（b）在300300℃下丙酮氣體濃度分別為100 ppm、300 ppm和400 ppm的靈敏度曲線。

四、結論

本文成功的制備了的SnO2納米粒子，并利用SEM對其形貌進行了表征，結果顯示SnO2為六方納米棒，尺寸均勻，具有較大的比較面積。SnO2納米棒丙酮氣體傳感器性能研究表明在工作溫度為300℃對丙酮氣體最為靈敏，并隨丙酮濃度的增加，靈敏度也越高。