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有毒有害易燃气体和挥发性有机化合物蒸汽严重威胁着人们的日常生活和身体健康,造成温室效应,可能引起爆炸事故。严格控制挥发性有机化合物在空气中排放量和浓度,已成为我国的空气质量检测的首要任务之一。乙醇气体作为挥发性有机化合物之一,如何检测与控制乙醇气体的含量已经成为国内外学者的研究焦点。
以乙酸锌和氯化亚锡为原料,通过溶胶凝胶-浸渍提拉法制备出纳米锡掺杂的氧化锌薄膜作为气敏材料。利用红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射分析(XRD)、紫外光谱(UV)和线性扫描伏安法(LSV)等表征方法对不同比例锡掺杂的氧化锌薄膜的微观结构、结晶形态、光电性能和气敏性能展开研究,主要探讨了Z:S=10:1的锡掺杂的氧化锌薄膜的气敏性能,研究不同层数和老化处理对其气敏性能的影响。
结构性能表征显示:氧化锌薄膜及锡掺杂的氧化锌薄膜都是多晶六方纤锌矿结构;适当的锡掺杂,可以促进氧化锌薄膜沿C轴择优取向生长,使薄膜的结晶性能更加完整,光学性能和导电性能随之增加;氧化锌薄膜及锡掺杂的氧化锌薄膜的平均晶粒尺寸约为14~20 nm,纳米粒子比表面积大,表面吸附力强,有利于气体的吸附;随着层数的增多,吸收边发生明显红移,禁带变窄,激发能降低,导电性能增强。
气敏性能测试表明:在乙醇气体浓度为1500μL·L-1时,10层的Z:S=10:1(锌锡摩尔比)锡掺杂的氧化锌薄膜灵敏度达到最大值69.129;处理前气体的灵敏度最大值为51.899,经过525℃的老化处理后,其极限电流的灵敏度明显比处理前的要高17.230。