乙醇檢測用SnO2材料的微觀組織結構及靈敏度研究進展

張曉宇，張 楠，朱洪吉，湯睿琦，郝禧元，萬 磊，盛方平，李 杰，許 旻

(1.重慶文理學院 重慶市高校新型儲能器件及應用工程研究中心, 重慶 402160)(2.蘭州空間技術物理研究所 真空技術與物理重點實驗室，甘肅 蘭州 730000)

1 前 言

乙醇氣體檢測在快速呼吸分析、環境氣體檢測、糧食貯存、葡萄酒釀造監測等[1-3]多個生產生活領域有著廣泛的應用。目前乙醇氣體檢測使用的主要是P型和N型兩類金屬氧化物半導體，其中P型金屬氧化物如NiO[4]、CuO[5]、Co3O4[6]、Mn3O4[7]等，N型金屬氧化物如Fe2O3[8]、TiO2[9]、ZnO[10, 11]、SnO2[12, 13]、WO3[14]、In2O3[15]等。N型金屬氧化物半導體暴露在空氣中時，含氧陰離子在N型金屬氧化物半導體表面形成電子耗盡層，含氧陰離子吸附濃度越大，電子耗盡層越厚。這一過程可用式(1)和式(2)表示[12]：

(1)

(2)

SnO2是典型的N型金屬氧化物半導體，當SnO2的表面暴露于乙醇等還原性氣體中時，敏感層表面的氧與乙醇氣體反應釋放電子，發生式(3)和式(4)的反應。此時載流子濃度受表面釋放電子的影響，使半導體表面電阻下降、電導上升，電導變化與乙醇氣體濃度成正比[13]。在乙醇氣體檢測中，常用式(5)來評價SnO2傳感器的敏感性能：

C2H5OH+6O-→2CO2+3H2O+6e-

(3)

(4)

(5)

式(5)中，S為靈敏度(氣敏響應)，是氣敏傳感器的重要傳感特性指標，Ra為氣敏元件在空氣中的電阻，Rg為氣敏元件在測試氣體中的電阻。SnO2具有高的電導率和良好的穩定性[16-18]，對乙醇氣體的響應時間和恢復時間較短(約10 s)[19, 20]。鑒于其具有較高的耐受性、低廉的價格和優越的敏感性，故成為目前商用乙醇氣體傳感器研究的熱點。然而，作為一種表面吸附控制型氣敏材料，SnO2微觀組織結構、表面粒子的尺寸、比表面積、多孔性等因素對其功耗、選擇性、靈敏度影響較大[21, 22]。本文對乙醇敏感SnO2材料按形貌維度分類，介紹了其制備方法、多孔性與比表面積、對乙醇氣體的靈敏度等，討論了微觀組織結構對SnO2材料靈敏度的影響，以期為設計制備高性能乙醇氣體敏感SnO2材料提供參考。

2 SnO2微觀組織結構與靈敏度

2.1 零維結構與靈敏度

零維SnO2材料多為粒徑為幾至幾十納米的納米顆粒。雖然這種小尺寸的納米顆粒易發生團聚，制成的粉體材料較為密實，導致對乙醇分子的吸附能力不高，但該類SnO2乙醇敏感材料具備寬濃度響應范圍的優點。采用水熱法在丙醇與水的堿性混合溶液中可合成平均粒徑為(3.0±0.5)nm的SnO2納米顆粒(圖1a)[23]，通過退火處理除去殘留氯離子雜質可以提高材料表面氧空位以增強靈敏度。聚集的納米顆粒響應范圍為2.0～103.0(220 ℃，乙醇濃度2～500 cm3/m3)。Wang等[24]通過溶膠-凝膠法在600 ℃下加熱水合SnO2納米顆粒和SiO2納米球的混合物，制成了顆粒分散良好、尺寸分布較窄、平均粒徑為3.3 nm的SnO2納米顆粒，如圖1b所示。該SnO2納米顆粒的響應范圍為3.0～15.0(30 ℃，乙醇濃度5～300 cm3/m3)。通過軟模板法可以制備另一種特殊微觀形貌的馬蹄形SnO2[25]，如圖1c所示。該環狀馬蹄形SnO2粒徑約為3 nm，因環狀馬蹄形貌中的彎曲介孔增加了乙醇氣體在敏感體內的碰撞時間和碰撞幾率，較零維SnO2顆粒其內部環狀通道對電子的輸運效率也有一定提升，其靈敏度為17.3(225 ℃，乙醇濃度100 cm3/m3)。

圖1 SnO2納米顆粒的TEM照片(a)[23]，SnO2納米顆粒的TEM照片(b)[24]，環狀馬蹄形SnO2的SEM照片(c)[25]

2.2 一維結構與靈敏度

零維SnO2納米顆粒按一定規則排列即可形成具有特定結構(如納米線、納米棒和納米管等)的SnO2一維材料，該材料因其直接的電子傳輸通道而具備獨特的化學、光電和理化特性[26, 27]，近年來逐漸成為研究熱點。制備工藝對一維SnO2納米結構有顯著的影響，通過調控制備工藝制成的SnO2納米線、SnO2納米棒和SnO2納米管，實際使用中可檢測濃度范圍為10.0～350 cm3/m3的乙醇氣體，且靈敏度曲線可保持很好的線性。

2.2.1 增大比表面積增強靈敏度

Yu等[28]利用優化的熱蒸發工藝，通過高溫蒸發高純度Sn與氧氣混合制成了形貌和尺寸都非常均勻的SnO2納米線，如圖2a所示。其直徑范圍為60～80 nm，長度約為20 μm，縱橫比約為250∶1。該材料的乙醇響應范圍為28.0～57.0(150～350 ℃，乙醇濃度500 cm3/m3)。

Qin等[29]利用無模板水熱法合成的單晶SnO2納米線如圖2b所示，該納米線的長度約為(2.5±0.1)μm，直徑約為(80±5)nm，直徑隨著反應溫度的升高而減小。測試表明，該納米線對乙醇氣體的靈敏度約為4.1(290 ℃，乙醇濃度50 cm3/m3)。相較于普通納米線，單晶SnO2納米線具有更好的熱穩定性，這對提高高溫工況下傳感器的可靠性和壽命十分有益。

Liang等[30]通過一種簡便的一步式聚碳酸酯(PC)模板輔助法在低溫溶液中生長出了均勻的SnO2納米管，如圖2c所示。可以通過控制反應溫度來調控SnO2納米顆粒的粒徑與能帶結構，其帶隙可以從3.75 eV(粒徑5.6 nm)調節到3.99 eV(粒徑3.3 nm)。該SnO2納米管直徑約為100 nm，管壁平均厚度約為7 nm，響應范圍為1.1～7.5(室溫，乙醇濃度10.0～120.0 cm3/m3)。對比使用化學氣相沉積法、固體氣相生長法、模板輔助合成法和溶膠-凝膠法制備的SnO2納米管，該一步式PC模板輔助法的優勢在于制備過程能耗更低且制備工藝相對簡單。

Wang等[31]通過H2O2輔助水熱法成功制得了直徑為10～15 nm、長度為50～70 nm的SnO2納米棒，如圖2d所示。這些納米棒排列整齊有序，同心地聚集在一起，形成“海膽狀”納米結構，這一特殊結構是由于H2O2和水熱反應溶液中NaOH與SnCl2的特定配比(物質的量之比為6∶1)造成的。測試表明，該SnO2納米棒的響應范圍為6.7～9.6(室溫，乙醇濃度40～80 cm3/m3)。

圖2 SnO2納米線的SEM照片(a)[28]，單晶SnO2納米線的SEM照片(b)[29]，SnO2納米管的SEM照片(c)[30]，海膽狀SnO2的TEM照片(d)[31]，纖維狀SnO2納米管的SEM照片(e)[32],SnO2納米帶的TEM照片(f)[33]

Yu等[28]通過進一步改變熱蒸發工藝的溫度、氬氣流量、氧氣流量等參數，使納米“線”微結構變成納米“棒”結構。這些納米棒直徑范圍為80～150 nm，長度約為8～10 μm，測得的響應范圍為18.0～33.2(150～350 ℃，乙醇濃度500 cm3/m3)。對比文獻[28]中用相同方法制備的納米線與納米棒，在相同的測試條件下，納米線靈敏度皆高于納米棒，這可能是因為組成納米線的基本一維顆粒的尺寸小于納米棒的。

2.2.2 增加電子有效通道增強靈敏度

采用相同的一步式PC模板輔助法，通過減少反應時間、改變反應溫度，制備的SnO2納米管的乙醇靈敏度變化如下：45 ℃時制備的SnO2納米管的響應范圍為5.2～20.1(室溫，乙醇濃度10.0～120.0 cm3/m3)；90 ℃時制成的SnO2納米管的響應范圍為4.9～17.5(室溫，乙醇濃度10.0～120.0 cm3/m3)[30]。這是由于制備溫度對材料形貌的影響不同，導致電子有效通道路徑長度不一，進而對電子輸運和靈敏度產生影響。

Zhu等[32]通過聲化學的方法制備了具有纖維形式的SnO2納米管，如圖2e所示。其主要制備過程是：先將新鮮干燥的棉纖維浸入SnCl2溶液中，利用高強度超聲定形，再通過無水乙醇洗滌和氣流干燥，最后置于450～700 ℃的高溫空氣烘箱中煅燒,后自然冷卻。該方法制備的SnO2納米管具有較小的晶粒尺寸和“管”狀結構。在450～700 ℃的煅燒溫度下，SnO2納米管的晶粒尺寸為8.5～14.2 nm，納米管的直徑范圍為100～200 nm，管壁厚度為幾十納米。在700 ℃煅燒制備的SnO2納米管的靈敏度為9.9(350 ℃，乙醇濃度500 cm3/m3)。

2.2.3 生成帶狀結構提升在低溫與低濃度條件下的靈敏度

Ying等[33]通過化學氣相沉積法制備的SnO2納米帶如圖2f所示，該納米帶的長度從幾十個微米到幾百個微米不等，有的甚至長達幾毫米，平均厚度約為30 nm。該材料在乙醇氣體中的響應范圍約為4.0～9.0(140～220 ℃，乙醇濃度1 cm3/m3)。納米帶在低濃度的乙醇氣氛中有著較高的靈敏度，所需的工作溫度也更低。大多數納米“帶”的纖維軸大都光滑均勻，其內部結構高度有序，并且沒有特征性缺陷[34]，所以納米帶更多用作光電材料[35]。在氣體檢測方面很少用于檢測乙醇，而多用在液化石油氣和一氧化碳的檢測中。

總體來看，具有高靈敏度的一維SnO2材料的形貌具備以下共性：一是組成一維SnO2材料的基本納米顆粒的尺寸以及一維結構的自身尺寸足夠??；二是一維結構有特定的中空通道，這有利于乙醇氣體從管內部進入SnO2納米晶體，提高了乙醇氣體分子的載量。此外，SnO2納米管對丙酮和硫化氫氣體同樣具有良好的敏感性，目前認為這與其一維的管結構密切相關。

2.3 二維結構與靈敏度

乙醇檢測時較為常見的二維SnO2材料主要為納米片。SnO2納米片表面非常粗糙且具有獨特的孔洞，此外還具有較小的晶粒尺寸和豐富的表面缺陷，在乙醇檢測方面有著更優的性能表現，在相對較低的工作溫度下表現出高靈敏度值、快速響應/恢復時間以及良好的選擇性[36]。

Xu等[37]通過均相沉淀法制備了片狀SnO2納米材料，如圖3a所示，可以看出該SnO2納米片厚度小于10 nm，長度約為50 nm，垂直分布在襯底上。其響應范圍在6.0～30.8(150～400 ℃，乙醇濃度50 cm3/m3)。大量SnO2納米片垂直分布在襯底上而不是水平排列，有效地減輕了納米結構之間的團聚，增大了材料與目標氣體的接觸面積進而使其靈敏度提升。

Zhang等[36]利用水熱法制備出了SnO2納米片，如圖3b所示。該納米片由隨機排列的六邊形片狀納米“薄板”結構組成。這些“薄板”的長度為300～600 nm，厚度約為20 nm，表面非常粗糙，該結構有效地抑制了納米組元的強團聚特性。該SnO2納米片的響應范圍為0～275.0(165 ℃，乙醇濃度0～1000 cm3/m3)，其在較低乙醇濃度下，具有極高的靈敏度。

圖3 均相沉淀法制備的SnO2納米片的SEM照片(a)[37]，水熱法制備的SnO2納米片的SEM照片(b)[36]

對比文獻[36]和文獻[37]制備的納米片，發現均相沉淀法較于水熱法制備的納米片尺度更小，在相同的乙醇濃度區間測試發現后者在更低工作溫度下有著更好的靈敏度；水熱法制備的納米片因其粗糙的表面具有較佳熱穩定性，高溫退火處理也有類似的效果。

2.4 三維結構與靈敏度

SnO2材料的三維微結構形貌主要包括納米團簇、納米球、納米花，它們都是以球狀或棒狀顆粒為基本單元的團聚態形貌，而靈敏度卻有著很大的差別。一般而言，納米球的乙醇靈敏度優于納米團簇和納米花的。使用規則的仿生結構或改變制備工藝，使三維結構具有分層排布的特點同樣能有效提高靈敏度。

2.4.1 增大比表面積增強靈敏度

Li等[38]采用無模板的溶劑熱反應法制備了多孔SnO2納米球，如圖4a所示，這些納米球是由許多直徑約為6 nm的基本納米顆粒組成，平均尺寸約為100 nm。鑒于該納米結構的多晶性質，推測其內部可能中空。這種高比表面積和中空結構會帶來更高的靈敏度。在260 ℃、1 cm3/m3乙醇濃度下，該材料的靈敏度為3.1。

Ge等[39]通過化學氣相沉積法制得了高靈敏度SnO2微球，該微球由納米尺度的板、條、顆粒狀SnO2組成，平均尺寸約為3.8 μm。測試表明，其響應范圍約為7.0～104.0(260 ℃，乙醇濃度10.0～500.0 cm3/m3)。該材料對乙醇氣體的靈敏度隨納米球粒徑減小而增加，這是因為在微球獨立分散的前提下，納米球粒徑減小會增大材料的比表面積，從而增大與乙醇氣體的接觸面積，提高靈敏度。

通常情況下，球狀SnO2的比表面積大于棒狀SnO2的，更大的接觸面積使得SnO2納米球對乙醇的靈敏度更好[31]。然而，文獻[40]的工作中卻得到了不一致的結果：納米棒的靈敏度優于納米球，他們認為原因有兩方面，一是納米棒的一維結構相比其它形貌，能夠更加有效地輸運電子，而靈敏度與電子輸運和表面氣體吸附密切相關；二是納米棒較納米球有著更高的“有效面積”。文獻[41]通過水熱法制成的SnO2納米球的比表面積小于納米棒的，也間接地印證了以上觀點。

Yu等[28]利用優化的熱蒸發法制備出了如圖4b所示的納米團簇，單個團簇的直徑約為7～9 μm，材料的響應范圍為7.5～19.4(150～350 ℃，乙醇濃度500 cm3/m3)，在工作溫度260 ℃時靈敏度達到最高值19.4。對比在相同工作溫度和相同乙醇濃度下測試的納米線(靈敏度約為58.0)，可知一維形態微結構的SnO2在吸附乙醇氣體和增加反應活性點位上，是優于團聚形態微結構的。

Wu等[42]通過水熱法制備的SnO2納米花結構如圖4c所示，三維花狀結構每個花簇的平均直徑為200～400 nm，均勻排列的SnO2納米花由一維四方棱柱納米棒組成。測試結果表明，其靈敏度為58.6(300 ℃，乙醇濃度500 cm3/m3)。而采用水熱法制成的另一種SnO2納米花[43]在300 ℃、70 cm3/m3乙醇濃度下，對乙醇氣體的靈敏度為6.5。

圖4 多孔SnO2納米球的TEM照片(a)[38]，SnO2納米團簇的SEM照片(b)[28]，SnO2納米花的SEM照片(c)[42]，蝶翼形SnO2的SEM照片(d)[45]，MCNT/SnO2核/殼納米結構的TEM照片(e)[46]

2.4.2 摻雜貴金屬增加更多的電子開放通道增強靈敏度

Cui等[44]用一種優化的新型水熱法制備了立體的SnO2納米花，其平均直徑為300～400 nm，這種納米花瓣呈低維板狀，輪廓清晰，花瓣上通過一種自還原方法摻雜了金。貴金屬的摻雜使材料界面的靈敏度和肖特基勢壘發生了變化，這種變化可縮短氣體擴散距離，并為檢測氣體提供高度的開放通道和活性表面。對比未摻雜的納米花，摻雜金的SnO2納米花表現出對乙醇氣體更高的靈敏度和選擇性。在恒溫200 ℃、乙醇濃度為100，200和300 cm3/m3的條件下，未摻雜金的納米花的靈敏度分別為44.0，66.0和87.0；而摻雜金的納米花的靈敏度分別為123.0，170.0和240.0，約為純納米花的3倍。

在團簇、球狀、花狀3種形貌中，空心且單獨成球而不團聚的球狀結構SnO2靈敏度曲線的線性度、響應時間等多項性能指標都明顯優于團簇和花狀形貌。在團簇、花狀結構中，根據團聚程度不同，堆積較為疏松的花狀形貌SnO2材料的乙醇靈敏度優于堆積緊密的團簇形貌SnO2的。將這些三維結構的SnO2同形貌相似的零維納米晶(極小尺寸的納米顆粒)相比，具有中空、多孔特點的三維結構可以有效增強靈敏度，但若發生團聚現象則會失去這種優勢。

2.4.3 通過分層/仿生結構增強靈敏度

一些SnO2乙醇敏感材料具備特殊的三維微結構，如納米蝶翼形、納米管/核/殼結構等，它們都具有超常的氣敏特性。Fang等[45]受到天然蝴蝶翅膀輕質骨架的啟發，通過溶膠-凝膠浸潤法制備出了蝶翼形的SnO2并用其進行乙醇檢測。所制備的SnO2從納米尺度到微米尺度乃至宏觀尺度都完美地保留了獨特的蝶翼結構(圖4d)。這種類似蝴蝶翅膀的多孔分層結構是在SnO2納米微晶的組裝基礎上，用相互連接的管(薄片)、固定的空心塊莖(柱)和雙層基材組成的，具有連通的空心內部和薄的中孔壁。鑒于該材料的獨特分層多孔結構，蝶翼形SnO2具有出色的乙醇敏感特性：該材料的乙醇靈敏度為49.8(170 ℃，乙醇濃度50 cm3/m3)，響應/恢復時間為11/31 s。對比文獻[35]和文獻[44]中的乙醇靈敏度曲線，在相近的工作溫度、乙醇濃度變化范圍為0～100 cm3/m3的條件下，蝶翼形SnO2的靈敏度值皆高于納米片狀SnO2的，說明了特殊的仿生微結構SnO2材料可能具備更為優異的氣敏特性。

Chen等[46]通過簡單的濕化學方法合成了多壁碳納米管(MCNT)/SnO2核/殼納米結構(圖4e)。SnO2殼的厚度約為10 nm，在單層較薄的核/殼結構下，測得其靈敏度僅為2.8(300 ℃，乙醇濃度50 cm3/m3)。通過增加合成過程中的反應時間，MCNT的外表面上可以形成更厚的SnO2殼，這能夠增強核/殼異質結構的敏感性能。增厚的核/殼結構材料靈敏度高達24.5(300 ℃，乙醇濃度50 cm3/m3)，且其穩定性也隨之提高，基于核/殼結構的SnO2響應時間和恢復時間分別約為1和10 s。分析發現，在相近溫度和相同乙醇濃度下，該材料的敏感性超過了文獻[30]中的SnO2納米管。

表1總結了不同制備工藝得到的不同形貌SnO2敏感材料對乙醇的靈敏度。由表1可知，一些特殊結構的SnO2(如蝶翼形、金摻雜納米花)具有較好的靈敏度，然后是納米片、納米核/殼結構和納米球。一般而言，具備疏松微結構的SnO2材料對乙醇氣體的靈敏度優于團聚形貌的。這是由于多孔、中空、疏松的微結構SnO2與乙醇接觸面積較大所致，然而這種結構的制備工藝非常復雜且力學性能和高溫穩定性不如團聚結構。蝶翼形形貌所具有的規則周期性的多孔層次結構，則兼顧了高接觸面積和高穩定性，在高溫下具有較好的可靠性和靈敏度。此外，通過摻雜金屬來提高對目標氣體的吸附性也是另一種顯著提高靈敏度的方式。

表1 幾種SnO2微結構對乙醇的靈敏度

3 孔洞、比表面積和靈敏度

SnO2微結構中另一個影響敏感性的重要因素是孔的含量與分布，以及多孔性引起材料比表面積的變化。國際純粹及應用化學聯合會(IUPAC)以孔徑尺寸為標準將多孔材料劃分為微孔材料(孔徑<2 nm)、介孔材料(2～50 nm)以及大孔材料(> 50 nm)。含有不同孔徑的SnO2材料對乙醇氣體的敏感性如表2所示。

表2 含有不同孔徑的SnO2材料對乙醇氣體的敏感性

將摻雜NiO的多孔SnO2微球和無孔的SnO2粉末試劑[47]進行乙醇氣體靈敏度對比，發現在260 ℃、乙醇濃度為100 cm3/m3的情況下，摻雜NiO的多孔SnO2微球表現出更出色的氣體靈敏度(靈敏度值為41.1)，是無孔SnO2粉末試劑的9.5倍左右。摻雜NiO的多孔SnO2微球(圖5)的比表面積高達113.3 m2/g，平均孔徑為4.5 nm,而無孔SnO2粉末的比表面積僅為4.5 m2/g。

圖5 650 ℃下煅燒2 h后的摻雜NiO的多孔SnO2微球的SEM照片[47]

使用不同的犧牲模板，調節溶膠-凝膠法的工藝參數可制備具有不同孔形貌和比表面積的SnO2敏感材料。Zhang等[48]以聚苯乙烯(PS)微球為模板、SnCl2為錫源，合成了多層多孔的SnO2(HP-SnO2)顆粒如圖6a所示，比表面積為52.8 m2/g。該材料的比表面積比以碳球作為犧牲模板制成的大孔SnO2顆粒(比表面積為23.6 m2/g)高[49]。從圖6a中可以看到，HP-SnO2顆粒存在三維隨機排列的大孔，其平均孔徑約為210 nm。碳球的尺寸在500～800 nm之間，適合用作大孔模板，圖6b是大孔SnO2顆粒的俯視圖。HP-SnO2顆粒對乙醇的氣體靈敏度為70.9(240 ℃，乙醇濃度500 cm3/m3)，大孔SnO2顆粒的最佳靈敏度只有29.1(220 ℃，乙醇濃度200 cm3/m3)。

圖6 多層多孔SnO2的SEM照片(a)[48]，大孔SnO2的俯視照片(b)[49]

不同比表面積和形態的SnO2敏感材料還可以通過不同工藝制備。以CoSn(OH)6為前驅體，通過選擇性浸出策略可以制備出多孔SnO2納米立方體(圖7a)[50]，它的比表面積為52.6 m2/g。通過一種簡便的靜電紡絲方法可制成比表面積為44.5 m2/g的SnO2-ZnO異質納米纖維(圖7b)[51]。文獻[39]中制備的高靈敏度的SnO2微球(圖7c)經計算比表面積為37.5 m2/g。通過直接沉淀法，以碳球為模板可以制備出多孔SnO2納米空心球(圖7d)[52]，其比表面積為41.4 m2/g。以上4種SnO2敏感材料對乙醇氣體的靈敏度分別為：多孔SnO2納米立方體87.0(300 ℃，乙醇濃度200 cm3/m3)；SnO2-ZnO異質納米纖維79.5(300 ℃，乙醇濃度100 cm3/m3)；SnO2微球104.0(260 ℃，乙醇濃度500 cm3/m3)；多孔SnO2納米空心球135.8(260 ℃，乙醇濃度100 cm3/m3)。可見這4種材料的比表面積都較大且為多孔結構，因此它們的傳感性能都十分出色，在乙醇檢測方面具有廣闊的前景。

圖7 多孔SnO2納米立方體的SEM照片(a)[50]，SnO2-ZnO異質纖維的SEM照片(b)[51]，SnO2微球的SEM照片(c)[39]，多孔SnO2納米空心球的SEM照片(d)[52]

由表2可知，表現出較高靈敏度的SnO2材料，一般具有中空結構、多孔特性和較大的比表面積。設計、制備多孔結構的SnO2材料將是未來研究氣體傳感器的方向，如多孔SnO2納米空心球是高效乙醇傳感器的潛在材料。從表中還可以看到，高比表面積的SnO2材料制備工藝相對復雜，摻雜NiO[47]可以顯著提高SnO2微球的比表面積(113.3 m2/g)，這也為采用簡單制備工藝制造高比表面積SnO2材料提供了新的思路。

4 結 語

SnO2氣敏材料的微觀形貌、比表面積與多孔性對乙醇靈敏度有著十分重要的影響。一般而言，不同微觀形貌的SnO2對乙醇氣體的敏感性由高到低排序如下：規則周期性的中空、高比表面積的多孔層次結構(蝶翼、中空粗糙球)>表面粗糙的微晶粒(納米片、中空納米管、納米核/殼)>低維疏松微結構(納米管、棒、纖維、分散顆粒)>高維團聚微結構(團簇、花狀)。多孔性和受多孔性影響的比表面積，也對乙醇氣體的接觸面積、擴散路徑、乙醇靈敏度影響較大。然而復雜的微觀形貌通常需要繁雜的高成本制備工藝，過高的比表面積和多孔結構也會在高工作溫度下加速材料的退化，引起壽命和穩定性的下降。設計精巧的SnO2微結構可以兼顧高敏感性和可靠性，能在滿足使用要求的前提下，在較低的工作溫度下延長使用壽命。

綜合當前研究、技術現狀和發展態勢，未來乙醇檢測用SnO2氣敏材料的研發和規?；a需重點關注以下幾個方面：① 如何設計高性價比新型SnO2微結構，使制成的敏感材料既能滿足檢測要求，同時能夠兼顧使用壽命和生產成本；② 定量研究工藝對SnO2微觀形貌演化的影響規律，明確各種制備方法與工藝參數對SnO2微觀形貌的具體影響，為精確調控SnO2材料的微結構，乃至規模化生產高性能SnO2材料提供技術儲備；③ 探究如何通過復合/摻雜多種金屬、氧化物半導體材料提高SnO2的性能；④ 逐步在多物理場耦合條件下，建立SnO2材料性能衰退模型及壽命預測模型，為提高該材料在復雜環境下的工作穩定性和可靠性提供理論支持。