Sol2gel法制备纳米SnO2气敏材料的研究

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纳米二氧化锡的多种方法制备、表征及其对比

纳米二氧化锡的多种方法制备、表征及其对比

纳米二氧化锡的多种方法制备、表征及其对比张倩瑶;苑媛;刘金鑫;龚晓钟【摘要】本文采用共沸蒸馏法、水热法、溶胶-凝胶法分别制备纳米SnO2粉体,所制得的SnO2粉体利用X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征.结果表明,3种方法制备得的粉体均为四方金红石结构,共沸蒸馏法所得粉体平均颗粒约为20nm.水热法所得粉体的平均颗粒约为10nm.溶胶-凝胶法所得粉体的平均颗粒约为70nm.研究不同制备方法合成纳米SnO2粉体在合成工艺,生产周期,产物颗粒大小等方面的优缺点.%In this paper, Nanometer Tin Oxide Powders was synthesized with three methods by azeotropic distillation,sol-gel technique and hydrothermal synthesis. The obtained nano-particle was characterized by X-ray difrraction(XRD) and scanning electron microscopy(SEM). Hie results showed that the namometer tin oxide par-ticle vrere tetragonal nitile structure. The size of particles which synthesized by azeotropic distillation was about 20nm and which prepared by hydrothermal method wans about 10nm. The diameter of the particles synthesized by sol-gel technique are up to 10nm. The advantages and disadvantage of prepared by different aynthetic methods in synthesis technology,productive cost,the size of the produtive particles were studied.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2012(000)007【总页数】3页(P5-7)【关键词】纳米;SnO2;共沸蒸馏法;水热法;溶胶-凝胶法(sol-gel)法【作者】张倩瑶;苑媛;刘金鑫;龚晓钟【作者单位】深圳大学化学与化工学院,深圳市功能高分子重点实验室,广东深圳518060;深圳大学化学与化工学院,深圳市功能高分子重点实验室,广东深圳518060;深圳大学化学与化工学院,深圳市功能高分子重点实验室,广东深圳518060;深圳大学化学与化工学院,深圳市功能高分子重点实验室,广东深圳518060【正文语种】中文【中图分类】TQ134.3纳米SnO2材料是一种重要的功能半导体材料,具有比表面积大,活性高,发光性,导热性能好等优良特点,其作为一种新型功能材料,在气敏、压敏和湿敏元件[1]、电极材料[2]、光学玻璃、催化剂载体[3],太阳能电池,功能陶瓷等领域展示出广阔的应用前景,而所有的应用都建立在制备出粒径小并分布均匀,分散性好的SnO2材料上。

SnO_2纳米微粒的制备方法及其进展_王志强

SnO_2纳米微粒的制备方法及其进展_王志强

第30卷第1期2008年2月湖州师范学院学报Jo ur nal of H uzhou T eachers CollegeV o l.30No.1Feb.,2008SnO2纳米微粒的制备方法及其进展*王志强1,2,张伟风1(1.河南大学物理与电子学院,河南开封475001; 2.河南大学人事处,河南开封475001)摘要:综述目前SnO2纳米微粒的常用制备方法,简要分析了各类制备方法的基本原理及特点.在归纳、总结和比较的基础上,指出了制备SnO2纳米微粒有发展潜力和应用前景的方法,并对制备SnO2纳米微粒的发展前景作了简要的介绍.关键词:SnO2;纳米微粒;制备方法;进展中图分类号:T F123文献标识码:A文章编号:10091734(2008)010052-040引言随着高尖端技术的迅猛发展,各类电子器件日益细微化,对超细微材料的研究越来越受到人们的关注.纳米材料是目前国际上最热门的研究课题之一.我们通常把尺寸在1nm~100nm之间,处于原子簇(粒径小于或等于1nm)和宏观物体交接区域内的粒子称为纳米材料或超微粒子[1].纳米材料的物理化学性质不同于微观原子和分子,也不同于宏观物体,纳米介于宏观世界与微观世界之间.纳米粒子的这种特殊类型结构导致它具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等,由这些效应引起的奇异物理和化学特性,使得纳米材料在化工、冶金、航空、国防等很多领域得到广泛应用.SnO2是一种重要的宽带隙N型半导体金属氧化物,在气敏半导体材料、湿敏半导体材料、透明导电薄膜、光学玻璃、陶瓷、颜料、发光材料、太阳能电池、化学电极等领域具有广泛应用.如何利用简单易得的设备和廉价的试剂制备出性能优异的SnO2纳米微粒,扩大其应用领域,一直是材料科学家们研究的热门课题.本文拟就目前常用的纳米SnO2微粒的制备方法及研究进展作简单介绍.1SnO2纳米微粒的制备方法纳米微粒的制备方法按制备原料状态可分为三大类:气相法、液相法和固相法.SnO2纳米微粒现有的制备方法有两类:液相法和气相法.1.1液相法液相法制备SnO2纳米微粒是将均相溶液通过各种途径使溶质和溶剂分离,溶质形成形状和大小一定的颗粒,得到所需粉末的前驱体,热解后得到纳米微粒.1.1.1溶胶凝胶法溶胶凝胶法是将金属醇盐或无机盐作为前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液,溶质与溶剂产生水解或醇解反应,反应生成物聚集成1nm左右的粒子并组成溶胶,再经蒸发、干燥转变为凝胶,再在较低于传统烧成温度下烧结,得到纳米尺寸的材料.如庞承新等[2]以SnCl4#5H2O、柠檬酸、氨水、草酸、聚乙二醇等为原料,采用溶胶凝胶法制备了纳米SnO2,并分析初始反应溶液的浓度、柠檬酸在制备中的用量、煅烧温度和时间等实验因素对反应生成物*收稿日期:20070828;修回日期:20071008作者简介:王志强,讲师,从事凝聚态物理研究.的影响,得到了最佳工艺条件.传统的溶胶凝胶法存在样品粒度大、比表面积小、易团聚、不均匀和反应周期长等缺陷,通过改进工艺流程等手段,人们提出了一些改进后的溶胶凝胶法.如陆凡等[3]利用溶胶凝胶超临界流体干燥法制备出了大比表面、小粒径、大孔超细二氧化锡微粒,并分析对前驱物不同的干燥法对产物的影响.王建[4]等利用超声波溶胶凝胶法,在传统方法中加入超声波手段,主要是使介观均匀混合,消除局部浓度不均,提高反应速度,刺激新相的形成,对团聚体起到剪切作用,制备出了均匀度更高的样品.连进军等[5]利用溶胶凝胶冷冻干燥法制备出了分布均匀、形状规则、粒径小的SnO 2微粒,有效地组织了团聚现象.采用溶胶凝胶法及改进措施制备纳米SnO 2微粒具有以下优点:¹均匀度高.可达分子或原子尺度.º纯度高.这是由于制备所用材料纯度高,而且溶剂在制备过程中易除去.»烧成温度低.这是由于所需生成物在烧成前已部分形成.¼反应过程易控制.使得该方法可以投入大批量生产中,并且通过改变工艺过程可获得不同尺寸和特性的样品.不足之处在于:采用该方法处理时间较长,制品易产生开裂,烧成不够完善等.1.1.2 化学沉淀法化学沉淀法是指包括一种或多种离子的可溶性盐溶液,加入沉淀剂(如OH 等)在一定温度下能使溶液发生水解,形成不溶性的氢氧化物和水合氧化物,或盐类从溶液中析出,将溶剂和溶液中原有的阳离子洗去,经热解或热脱得到所需的氧化物粉料.化学沉淀法同样受到实验条件、工艺流程等因素的制约.如张晓顺等[6]在超声波作用下,通过SnCl 2#2H 2O 与NH 3#H 2O 反应,制备了纳米SnO 2微粒,并分析了pH 值、煅烧温度、煅烧时间对产物的影响.在传统的化学沉淀法基础上,为获得性能更加优异的样品,人们对流程工艺同样作了一些调整.如杨林宏等[7]采用化学沉淀法,通过在不同阶段加入适量的分散剂,增加胶粒间的相互作用力,以控制在成胶和煅烧过程中的团聚,获得了粒度小、分布范围窄的纳米SnO 2微粒.1.1.3 水热法水热法是在密封压力容器内,以水溶液作为反应介质,加热反应容器,创造高压反应环境的一种材料制备方法.水热法较溶胶凝胶法最大的优势在于易消除团聚.如何蕴普[8]等通过控制SnCl 4和氨水在聚乙二醇存在条件下的水热反应,制备了晶粒分布均匀、粒径小、分散性好又无团聚现象的SnO 2纳米微粒.刘冬等[9]创造性地把溶胶凝胶法和水热法结合起来,先用溶胶凝胶法和离心洗涤法制得纯净凝胶,再用水热法制备得到分散性能更好的SnO 2微粒.杨幼平等[10]把液相沉淀法和水热法结合在一起,以Na 2SnO 3为原料,有机试剂(正戊醇等)为分散剂,加入阴离子表面活性剂(ABS 等),以Sn(OH )4为前驱体,用水热法制备了粒度更小、分布更加均匀的SnO 2微粒,并分析了H NO 3滴加速度、有机溶剂浓度、水热反应温度对产物的影响,发现H NO 3滴加速度越快,有机溶剂浓度越高,其产物粒度越大,反应温度升高会使SnO 2微粒重结晶作用增强,从而导致SnO 2微晶结构更加完整.采用水热法的优势在于:工艺和设备简单,易于控制,无需高温灼烧处理,产物直接为晶态,无团聚,形态比较规则.不足之处在于:该方法一般只能制备氧化物粉体,关于晶核形成过程和晶体生长过程的控制影响因素等方面缺乏深入研究,目前还没有得出令人满意的解释.另外,水热法有高温高压步骤,使其对生产设备的依赖性比较强,这也影响和阻碍了水热法的发展.1.1.4 微乳液法微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液,从乳液中析出固相,这样可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内,从而可形成球形颗粒,避免颗粒之间进一步团聚.如张义华等[11]在SnCl 4溶液中滴加DBS 溶液,在快速搅拌下滴加N aOH ,再用二甲苯萃取得有机溶胶,分离、干燥即制得DBS 包覆的SnO 2纳米粒子,且粒子稳定性高,粒径分布较窄且均匀.微乳液法的优势在于:实验装置简单,能耗低,操作容易,所得纳米粒子粒径分布窄,且单分散性、界面53第1期 王志强,等:SnO 2纳米微粒的制备方法及其进展54湖州师范学院学报第30卷性和稳定性好,与其它方法相比具有粒径易于控制、适应面广等优点.1.1.5其他液相法除了上述几种常用的制备方法外,纳米SnO2微粒的制备方法还有:陈祖耀等[12]利用低温等离子体化学法,从无水SnCl4和纯氧体系中合成非晶态SnO2超微粒子粉末;段学臣等[13]采用金属醇盐烃化法制备纳米SnO2粉;等等.这些方法都制备出了粒径小、均匀度高的SnO2纳米微粒.1.2气相法气相法是指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体,使之在气体状态下发生物理或化学反应,最后在冷却过程中凝聚形成纳米微粒的方法.气相法制备的纳米微粒主要具有如下特点:表面清洁,粒度整齐,粒径分布窄,粒度容易控制,颗粒分散性好.1.2.1化学气相沉淀法化学气相沉淀法是利用挥发性金属化合物的蒸发,通过化学反应生成的所需化合物在保护气体环境下快速冷凝,从而制备各类物质的纳米微粒.该方法的主要优势在于:制备的纳米微粒颗粒均匀,纯度高,粒度小,分散性好,化学反应活性高,且工艺可控和连续.如张义华等[14]采用气相沉积法,利用Y型分子筛(Si/Al=4.8)为封载主体,锡源为液相无水SnCl4, N2为载气,分子筛置于石英反应管中,净化后在特定条件下将SnCl4引入分子筛床层进行气相沉积,然后再经处理制得分子筛封装高分散的SnO2半导体纳米粒子,并对其谱学特征及结构特点进行了讨论.1.2.2电弧气化合成法电弧气化合成法是将金属锡加热至液态,然后用电弧再加热到更高温度,利用电弧气化反应产生大量的SnO2蒸气,冷却结晶为超微颗粒.如竺培显等[15]将精锡加热到500e呈液态,在井式反应炉中用电弧加温至2000e以上,发生激烈的电弧气化反应,产生大量的SnO2蒸气,经冷却,结晶为超微颗粒,用吸尘设备收集,得到含微量Sn及少量SnO的混合超微粉末,再在空气中高温(800~1000e)灼烧0.5~1小时,使之氧化为SnO2,得到高纯的超微SnO2粉末.2结语制备SnO2纳米微粒的方法很多,而且各有其优缺点,其中,溶胶凝胶法和化学气相沉淀法是很有前途的方法.溶胶凝胶法采用普通化工设备,流程简单,操作易于控制,环境污染少,产品性能好,但处理时间较长,在洗涤、过滤和干燥中易产生部分团聚.采用化学气相沉淀法制备的纳米微粒颗粒均匀,纯度高,粒度小,分散性好,化学反应活性高,且工艺可控和连续,但设备条件要求高,操作不易控制.笔者曾尝试以SnCl2#2H2O、乙醇等为原料,采用溶胶凝胶法制备出了性能较好的SnO2纳米微粒,并简要分析了浓度、热处理时间、热处理温度等因素对实验结果产生的影响,具体情况将另文讨论.SnO2纳米微粒在各个学科领域的应用都十分广泛,必然会不断涌现出更新更好的制备方法.由于尺寸的变化对材料性能影响巨大,如果在制备纳米材料时能够按照研究人员的意愿控制微粒的尺寸,就可以大大地提高材料的选择性和稳定性,因此SnO2纳米微粒制备方法发展的一个重要方向就是提高粒度的控制能力.如何利用简单易得的设备和廉价的试剂制备出性能优良的SnO2纳米微粒,扩大其应用领域,是制备SnO2纳米微粒面临的重要任务.我们相信,随着科学技术的发展,各种方法均会得到不同程度的改进,并在此基础上还会有新的方法提出.参考文献:[1]张立德,牟季美.纳米材料与纳米结构[M].北京:科学出版社,2001:1.[2]庞承新,张丽霞,谭键,等.溶胶凝胶法制备纳米二氧化锡的研究[J].广西师范学院学报(自然科学版),2006,23(9):26~29.[3]陆凡,陈诵英,彭少逸,等.SnCl 2制备超细二氧化锡及其表征[J].燃料化学学报,1997,25(4):294~298.[4]王建,李敦钫,管洪涛,等.超声波溶胶凝胶法制备纳米二氧化锡粉末[J].云南冶金,2002,31(4):42~44.[5]连进军,李先国,冯丽娟,等.溶胶凝胶冷冻干燥技术制备纳米二氧化锡及其表征[J].化学世界,2004,45(4):171~174.[6]张晓顺,邱竹贤,翟秀静,等.超声波化学沉淀法制备纳米二氧化锡[J].东北大学学报(自然科学版),2005,26(4):265~267.[7]杨林宏,张建成,沈悦,等.分散剂对纳米相二氧化锡制备的影响[J].上海大学学报(自然科学版),2002,8(3):209~212.[8]何蕴普,李亚栋,李龙泉,等.纳米SnO 2的制备[J].应用化学,1998,15(6):92~93.[9]刘冬,施哲,朱云,等.凝胶水热法制备纳米二氧化锡[J].云南冶金,2003,32(1):26~29.[10]杨幼平,张平民,张永龙,等.水热法制备超细均匀二氧化锡粉体[J].铜业工程,2004(4):23~25.[11]张义华,张景新,王学勤,等.二氧化锡纳米粒子的制备及表征[J].大连理工大学学报,2000,40(1):64~66.[12]陈祖耀,胡俊宝,张酣,等.低温等离子体化学法制备SnO 2超微粒子粉末[J].硅酸盐学报,1986,14(3):326~331.[13]段学臣,甘亮珠.纳米氧化锡的制备与结构特性[J].湖南大学学报,1999,26(4):54~62.[14]张义华,郭新闻,王祥生,等.气相沉积法分子筛封装SnO 2纳米半导体材料的研究[J].功能材料,1999,30(6):651~652.[15]竺培显,韩润生,方吕昆.合成SnO 2超微粉末新方法及产品测试研究[J].矿物岩石地球化学通报,1997,16(9):109~110.R esearches on Prep aration and Develop men t of Nano meter T in Dioxide ParticlesW ANG Zh-i qiang 1,2,ZHANG We -i feng 1(1.Favulty of Physics and Electronics,Henan U niversity,Kaifeng 475001,China;2.Department of Personnel,Henan U niversity,Kaifeng 475001,China)A bstract:This article introduces the current methods for the preparation of the nanometer tin dioxide,and briefly analyses their fundamentals and features.On the basis of generalization,summarization and comparison,the article points out the great potential of the method to be put into practice,and briefly introduces the developing prospect of the preparation of nanometer tin dioxide particles.Key words:tin dioxide;nanometer particles;the method of preparation;development 55第1期 王志强,等:SnO 2纳米微粒的制备方法及其进展。

SnO2合成与器件制备

SnO2合成与器件制备

SnO2半导体气体传感器的制备
1. 溶胶-凝胶法SnO2纳米敏感材料的合成
化学反应方程式
42344254()4SnCl H O NH Sn OH NH Cl H O +=↓++g
422()2Sn OH SnO H O +@
溶胶-凝胶法是合成制备SnO2纳米颗粒的主要方法之一。

首先通过碱性溶液溶胶-凝胶生成白色水合胶体Sn(OH)4,再进行加热真空干燥失水形成白色SnO2粉体颗粒。

具体方法方法取SnCl 4·5H 2O 晶体7.1g ,溶于100ml 去离子水中,匀速滴加5%氨水直至PH 值保持9为止,50℃恒温水槽磁力搅拌2h ,形成白色胶体,离心洗涤5次至PH 值为中性,在150℃温度条件下真空干燥3h ,形成白色粉体。

如合成路线图所示。

溶胶-凝胶法制备SnO2工艺流程 2. 器件制备
采用旁热式陶瓷管厚膜工艺制备了陶瓷微热管气体传感器元件,通过Pt 材料杂化工艺提高单元目标检测气体之间的选择性,实现针对SO2、NO2两种大气污染有毒有害气体的检测。

陶瓷管传感器采用独立旁热式加热方式,加热效率高,制备工艺简单等优点。

旁热式陶瓷管气体传感器制备工艺流程如图所示。

传感器元件及封装实物如图所示。

陶瓷管SnO 2传感器制备工艺流程图
图陶瓷管气体传感器封装结构实物图。

SnO2掺杂纳米TiO2材料气敏性能研究

SnO2掺杂纳米TiO2材料气敏性能研究
吸 附 氧 的 解 吸 速 率 大 于 其 吸 附 速 率 , 其 表 面 化 学 吸 附 氧 密
敏性最佳 ; 加热 电J 、V时对 甲醛的气敏性最 佳 。 在 玉45 对后面
的 气 敏 性 能 测 试 , 均 在 对 应 气 体 的 最 佳 工 作 电压 下 进 行 。 由 于 气 敏 材 料 对 丙 酮 的 气 敏 性 较 差 , 因 此 未 对 其 作 进 一 步
而 日益受 到重视 ,其 中 当今广 泛应用 的是 S O 气敏材料 ,随着研 究的深入 与近年来纳 米技术 的迅速发展 , n2
人 们发现纳 米 TO i 气敏材料 具有工作 温度低 、性 能好 、制备简单 等独特优 点, 因此 逐渐成为 人们关注 的另

个热 点【 】 】 。通过对 TO 气 敏材料进 行掺杂 ,可大大 改善其灵敏 度、 降低 工作温度 、提高稳 定性等 。方 国 0 i2
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热式 气敏 元件 。 按照 同样的工序 , 制得用 于对 比试验 的各类气敏 元 件 ,最后放 置于测试 台上 10C 0 。
老 化 2 h 4。
2 、气 敏特 性测试 测试采用 静态酉 气法 ,在炜 d
盛 WS 3 A 气 敏 元 件 测 试 系 统 上 .0
的选择性做 了定性分 析 。
二 、实验 l 、气敏 元件的制备 按 比例将纳米 TO2( i 平均 粒径 2 n 5 m)与 S O 粉末混 合 ,经过 充分研磨 混合均匀后 ,加入少 量的聚 乙 n2 二 醇作为分散剂 以无水 乙醇调成糊状 ,均匀 涂在带有 金 电极 的氧化铝 陶瓷管上 ,室温 干燥后放入 马弗炉 内一 定温度 烧结 固化 ,随炉冷 却后取 出,在氧化 铝陶瓷 管内腔 中安 置 电阻加 热丝 ,并将其焊接 在管座上 ,制成旁

SnO2微纳米结构的制备与表征

SnO2微纳米结构的制备与表征

SnO2微纳米结构的制备与表征杨茂丽;王德宝【摘要】以L-天冬氨酸、PVP等为结构导向剂,利用SnCl2 的水解氧化反应,制备出带凹槽的半管状SnO2微结构.所得样品用XRD和SEM等技术进行表征,考察了反应条件对样品形貌的影响.结果表明,低温、低反应物浓度或以ASP为结构导向剂容易得到一维的凹槽结构.并且测定了样品的激发光谱和光致发光光谱,初步讨论了半管状SnO2微米棒的光致发光性质和生长过程.【期刊名称】《青岛科技大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2010(031)003【总页数】4页(P224-227)【关键词】SnO2;半管状结构;结构导向剂【作者】杨茂丽;王德宝【作者单位】青岛科技大学化学与分子工程学院,山东,青岛,266042;青岛科技大学化学与分子工程学院,山东,青岛,266042【正文语种】中文【中图分类】TB383材料科学研究结果表明,无机材料颗粒的尺寸和形貌对其性质有重要的影响。

近几年,可控尺寸、形貌和组成的无机材料的合成已经引起人们越来越多的注意。

SnO2是一种受到广泛重视的宽禁带半导体材料,具有一些独特的性能。

SnO2粉体材料在光学、电学、气敏、湿敏、信息材料等领域有着广泛的应用。

SnO2超细粉体的制备方法很多,如微乳液法[1]、溶胶-凝胶法[2]、水(溶剂)热法[3]、化学沉淀法[4]等。

Wang等[5]将SnC2O4·2H2O与PVP混合,在195℃乙二醇中回流3 h,得到了SnO2纳米线。

Gu等[6]用溶胶-凝胶法合成了SnO2纳米粒子,并研究了SnO2纳米粒子的光学性质。

对于SnO2的光致发光性质研究,文献报道结果大都出现在可见光的红光区。

本研究以SnCl2为反应物,在水溶液中制备了具有凹槽的半管状SnO2微结构和SnO2纳米粒子,探讨了其光吸收性质和发光性质。

1.1 试剂与仪器L-天冬氨酸(ASP),生化试剂;十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP),分析纯试剂。

NiO/SnO2纳米复合粉体的制备及其气敏性能的研究

NiO/SnO2纳米复合粉体的制备及其气敏性能的研究

扫描 电镜 (E 对样 品的组成 、 S M) 粒径 、 形貌进行了表征 , 并对 样品 的气敏性 能进行 了测试 , 结果 表明 : 复 该 合粉体对甲醛的灵敏度较好 , 并在工作温度为 9 ℃时对乙醇有较好 的选择性。 5
关键词 :NO S O ; i/ n 复合纳米粉体 ; 气敏性质 ;甲醛
收稿 日期 :09 1 —9 2 0 — 2 1
匀加热 , 在电力搅拌器搅拌下使柠檬酸完全溶解 , 并与金属 s 充 分接触反应 , n 用触点温度计 控制反应 温度在 15℃下 7 搅拌 ( 拌过程中需 间隔加 水 , 搅 以保持液 态 )Oh后弃 去未 4
溶 解s 粒 , 所得 的棕黄 色悬浊 液继续 加热搅 拌 , 去水 n 将 蒸
Ab t a t T e sr c : h Ni d p d n c mp st a o p r c e o d r wa r p r d y h mi a O p e ii t n O o e S O2 o o i n n - at l p w e s p e a e b c e c l — r cp t i e i C ao
Te h o o y, o a 7 0 3, i a 2 Co lg fCh mit y a d En i o e t lS in e, c n l g Lu y ng4 1 2 Ch n ; . l eo e sr n v r n n a c e c e m
He a o mo l nv ri . i x n 5 0 7 C ia n n N r a U ies y X n i g4 3 0 . hn ) t a
S O , 用互 相扩散 作用制 备 的 C O SO n 利 u / n 等_ 利 用 P 2 , 。 型和 n型半 导体 晶体之 间形成 的 pn 来检测多种 多样的 -结

纳米TiO2的制备方法

纳米TiO2的制备方法

纳米TiO2的制备方法摘要:报告主要研究了纳米TiO2的制备方法,包括物理法、化学法和综合法。

其中物理法主要是气相蒸发沉积法,蒸发-凝聚法;化学法包括溶胶-凝胶法,沉淀法,水解法,气相水解法等;综合法涉及到激光CVD 法,等离子CVD 法。

关键词:气相蒸发沉积法水解法 CVD 法近年来,伴随着全球环境污染日益严重,纳米半导体光催化剂材料一直是材料学和光催化学研究的热点。

目前,比较简单的半导体光催化剂有TiO2、SnO2、Fe2O3、MoO3、WO3、PbS、ZnS、ZnO 和CdS 等,纳米TiO2因其具有性质稳定、抗光腐蚀性强、耐酸碱腐蚀性强、原料丰富等优点。

制备纳米TiO2粉体的方法有很多,按照所需粉体的形状、结构、尺寸、晶型、用途选用不同的制备方法。

根据粉体制备原理的不同,这些方法可分为物理法、化学法和综合法。

1 物理法物理法是最早采用的纳米材料制备方法,其方法是采用高能消耗的方式,“强制”材料“细化”得到纳米材料。

物理法的优点是产品纯度高。

1. 1 气相蒸发沉积法此法制备纳米TiO2粉体的过程为: 将金属Ti 置于钨舟中,在( 2 ~ 10) ×102 Pa 的He 气氛下加热蒸发,从过饱和蒸汽中凝固的细小颗粒被收集到液氮冷却套管上,然后向反应室注入5 ×103 Pa 的纯氧,使颗粒迅速、完全氧化成TiO2粉体。

利用该方法制备的TiO2纳米粉体是双峰分布,粉体颗粒大小为14 nm。

1. 2 蒸发-凝聚法此法是将将平均粒径为3 μm 的工业TiO2轴向注入功率为60 kW 的高频等离子炉Ar - O2混合等离子矩中,在大约10 000 K 的高温下,粗粒子TiO2汽化蒸发,进入冷凝膨胀罐中降压,急冷得到10 ~ 50 nm 的纳米TiO2。

2 化学法化学法可以根据反应物的物态,将其划分为液相化学反应法、气相化学反应法和固相反应法。

此类方法制造的纳米粉体产量大,粒子直径可控,也可得到纳米管和纳米晶须,同时,该法能方便地对粒子表面进行碳、硅和有机物包覆或修饰处理,使粒子尺寸细小且均匀,性能更加稳定。

纳米SnO2材料制备技术研究进展

纳米SnO2材料制备技术研究进展
粉体 材料制备 技术的研究进展 , 具体介 绍 了溶胶一凝 胶法 、 微乳液 法 、 化学沉淀 法 、 热 水
合成法和金属醇盐烃化法等以及各 种方 法的优缺点 , 同时阐明了制备 纳米 SO 粉体 的发展趋势 . n
关键词 : 二氧化锡 ;纳米 ; 制备技术
me h d r u t o s a e s mma z d i r e .F n l i a y,t e d v lp n r n s o a o sz d S O2p e a ai n i r s ne . l h e eo me tt d n e f n —ie n r p r t sp e td o e Ke r s:t i xd y wo d i d o i e;n / — i d p wd m ;p e a ai n t c n q e n ai sz o e o e r p r t e h i u o
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总第 18期 5 20 0 7年 1 0月




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S OUTHERN METALS
O tb r 2 0 co e 0 7
文 章 编 号 : 09— 7 0 2 0 )5—00 0 10 90 (07 0 0 5— 3
中图 分 类 号 : B3 3 T 8 文献标识码 : A
An o e v e o h r p r t n t c n q e fn n -i e n o e s v r iw n t e p e a a i e h i u so a o sz d S O2p wd r o
Ab t a t h e h i u so r p rn a o sz d S O2p w e a d t er c re ta v c me t a e r ne e n d t n s r c :T e tc nq e fp e ai g n n —ie n o d m h i u r n d a e n s r e w d i e mli n n t e a t l .S e i c l ,t eS lG l t o h r c e p cf a y h o— e h d,mir — mu so to ,c e c l e o i o t o ,h d oh r a y t e i i il me c o e lin meh d h mia p s in meh d t d y rt e m l nh s s s

讲义3-溶胶凝胶法

讲义3-溶胶凝胶法


同一溶质与不同溶剂之间,或同一溶剂 对不同溶质构成了不同的分散体系。 例如,同是氯化钠溶质,分散在水中变成 溶液,分散在苯中则变成溶胶; 对同种溶剂水,若分散的是不同溶质-氯 化钠和硫磺,则分别构成的是溶液和溶胶。 这表明溶胶的形成伴随有溶质与溶剂之间的 化学作用。
工艺过程
溶胶-凝胶法优点主要有:
100ml/100g
2014-3-3
150~180ml/100g
33
神奇的二氧化钛粉末

TiO2怎么做?—— sol-gel method 制备纳米粉体的一种重要方法。反应中各

组分的混合在分子间进行,因而产物粒径
小、均匀性高。另外,反应在低温进行,
避免高温杂相的出现
2014-3-3 34
实验原理

金属离子水溶液的结构通式
无机盐溶液的水解反应
金属离子带有高价的正电荷Mz+,或高的电荷密度, 水溶液种存在H+,OH-,H3O+,在水溶液中发生水化 反应。按电荷迁移大小,溶剂化分子发生如下变化:
水合离合 M z H 2 O M(H 2 O) z
M(H 2 O) z M-OH (z-1) H + M O (z 2) 2H

采用溶胶凝胶法(sol-gel)制备的纳米TiO2/ 微米SiO2复合粒子的光催化活性和紫外透过能
力比相应的Ti02粒子下降了80%左右,更适用
于制备防晒化妆品
2014-3-3
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神奇的二氧化钛粉末

纸张的填料:纳米TiO2/微米SiO2复合浆料 增白、减油污


增加油墨吸附量( SiO2能降低表面张力)
O M—

纳米TiO2的制备与应用的进展

纳米TiO2的制备与应用的进展

纳米TiO2的应用与制备的研究进展李俊(中南大学化学化工学院应化0903班)摘要本文主要介绍了纳米TiO2的制备方法的现阶段进展,从物理法,化学法,新型合成方法三方面介绍了国内外的研究进展,同时综述了纳米TiO2在传感器材料,催化剂载体,光催化剂、太阳能电池原料和紫外线添加剂等方面的应用。

关键词纳米粉体 TiO2化学法应用综述1.前言纳米技术是当今世界的研究前沿。

纳米级的TiO2因其化学性高、分散性好、吸收紫外线能力强等,广泛用于化工、涂料、塑料、橡胶、纤维、造纸、油墨、搪瓷、电子等行业。

对其研究比较深的主要有传感器材料、催化剂载体、光催化剂、处理水和空气中的污染物、杀菌、太阳能电池原料以及通过贵金属沉积、离子掺杂、染料敏化、半导体复合等方法来改变其光学性质这几方面。

TiO2俗称钛白粉,无毒、无味、无刺激性、热稳定性好。

其晶相结构有四种:金红石(Rutile)、锐钛矿(Anatase)、板钛矿(Brookite)和无定形,其中以金红石型和锐钛矿型TiO2应用最为广泛[1]。

这两种晶型的TiO2硬度、密度、折光指数、光催化活性等都有所不同、两种晶型的相对含量对产品性能有较大的影响。

本文主要介绍纳米TiO2的制备和其应用的研究进展。

2.纳米TiO2的应用研究2.1 传感器材料TiO2作为敏感材料,制成传感器可检测H2、CO等可燃性气体和氧气。

特别是用作汽车尾气传感器,通过测定汽车尾气的氧含量,可以控制汽车发动机的效率。

目前研制的电阻型TiO2半导体氧传感器,以其体积小、结构简单、价格便宜而受到人们的关注[2]。

中南大学的李赛[3]将尿素酶(urease)固载于不同粒径(5nm,25nm,2.4 p m)的TiO2膜上,在350℃,pH为7的条件下采用电位法研究吸附在纳米多孔Ti02上的尿素酶的活性变化。

在钛丝基体上沉积一层纳米TiO2多孔膜,然后直接将尿素酶吸附在Ti02膜上。

基于Ti02膜的pH响应,发展了一种廉价的、易于微型化的pH敏尿素酶传感器。

溶胶凝胶法制备二氧化钛

溶胶凝胶法制备二氧化钛

二氧化钛的制备及性能研究摘要:TiO2半导体光催化剂因光催化效率高、无毒、稳定性好和适用范围广等优点而成为人们研究的热点,本文探索溶胶凝胶法制备二氧化钛的最佳工艺条件及二氧化钛光催化性能的机理和影响因素。

关键词:溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛;光催化;降解染料1 引言TiO2是一种n型半导体材料,晶粒尺寸介于1~100 nm,其晶型有两种:金红石型和锐钛型。

由于TiO2比表面积大,表面活动中心多,因而具有独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等,呈现出许多特有的物理、化学性质,在涂料、造纸、陶瓷、化妆品、工业催化剂、抗菌剂、环境保护等行业具有广阔的应用前景,TiO2半导体光催化剂因光催化效率高、无毒、稳定性好和适用范围广等优点而成为人们研究的热点。

纳米TiO2的制备方法可归纳为物理方法和化学方法。

物理制备方法主要有机械粉碎法、惰性气体冷凝法、真空蒸发法、溅射法等;物理化学综合法又可大致分为气相法和液相法。

目前的工业化应用中,最常用的方法还是物理化学综合法。

2 二氧化钛的光催化性能2.1TiO2的光催化机理[1]半导体之所以具有光催化活性是由于经一定波长的光激发后,导带上的电子受到激发而跃迁产生激发电子,同时在价带上产生空穴。

这些电子和空穴具有一定的能量,而且可以自由迁移,当它们迁移到催化剂时,则可与被吸附在催化剂表面的化学物质发生化学反应,并产生大量具有高活性的自由基。

然而,这些光生电子和空穴都不稳定,易复合并以热量的形式释放。

事实表明,光催化效率主要决定于两种过程的竞争,即表面电荷载流子的迁移率和电子空穴复合率的竞争。

如果载流子复合率太快(<0.1ns),那么,光生电子或空穴将没有足够的时间与其他物质进行化学反应。

而在半导体TiO2中,这些光生电子和空穴具有较长的寿命(250ns左右),这就有足够的时间让电子和空穴转移到晶体的表面,在TiO2表面形成不同自由基,最常见的是OH-自由基[2]。

二氧化锡半导体纳米粉体

二氧化锡半导体纳米粉体

二氧化锡半导体纳米粉体的制备及气敏性能研究报告学院:资源加工与生物工程学院班级:无机0801姓名:***学号:**********组员:张明陈铭鹰项成有半导体纳米粉体的制备及气敏性能研究前言SnO2 粉体作为一种功能基本材料,在气敏、湿敏、光学技术等方面有着广泛的应用。

目前是应用在气敏元件最多的基本原材料之一。

纳米级SnO2 对H2 、C2H2 等气体有着较高的灵敏度、选择性和稳定性,具有更广阔的应用市场前景。

研究纳米SnO2 粉体的制备方法很多,例如:真空蒸发凝聚法、低温等离子法、水解法、醇盐水解法、化学共沉淀法、溶胶—凝胶法,近期还出现了微乳液法,水热合成法等。

每种制粉方法各有特点,但是在目前技术装备水平和纳米粉体应用市场还未真正形成的条件下,上述纳米粉体制备方法由于技术成熟度或制备成本等方面的原因,大多都还未形成具有实际意义上的生产规模,主要还处于提供研究样品阶段。

以廉价的无机盐SnCl4·5H2O为原料,采用溶胶-凝胶法制备出粒度均匀的超细SnO2粉体,该工艺具有设备简单,过程易控,成本低,收率高等优点。

实验考察制备工艺过程中原料浓度、反应温度、反应终点pH值、干燥脱水方式、培烧温度等因素对纳米SnO2粉体粒径的影响。

实验过程以TG-DTA热分析、红外光谱等测试手段,分析前驱体氢氧化物受热行为,前驱体表面基团及过程防团聚机理等。

利用透射电子显微镜、X-射线衍射仪、比表面测试仪分别对纳米粒子的形貌与粒径分布、晶相组成、比表面积进行了表征与测定。

在实验中制备得到得SnO2 胶体,在干燥、煅烧的过程中很容易形成团聚。

因为粉体颗粒细小, 表面能巨大, 往往会粘结在一起。

水热法是近年来出现的制备超细粉体的新方法,其利用密封压力容器, 以水为溶剂, 温度从低温到高温(100 ℃~400 ℃) , 压力在10~200 MPa 。

该方法为前驱物反应提供了一个在常压下无法实现的特使物理化学条件。

SnO2基气敏传感器的制备与研究

SnO2基气敏传感器的制备与研究

SnO2基气敏传感器的制备与研究一、本文概述本文旨在探讨SnO2基气敏传感器的制备及其性能研究。

SnO2,作为一种重要的n型半导体金属氧化物,因其出色的气敏性能、稳定的化学性质以及相对较低的成本,被广泛应用于气体检测领域。

本文首先将对SnO2基气敏传感器的基本原理进行简要介绍,包括其气敏机理、传感性能的主要影响因素等。

接下来,文章将详细介绍SnO2基气敏传感器的制备方法,包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、物理气相沉积法等多种常见技术。

通过对制备工艺的深入研究和探讨,本文旨在寻找最佳的制备方案,以优化传感器的性能。

本文还将对SnO2基气敏传感器的性能进行系统的研究。

通过对传感器在不同气体环境下的响应特性、选择性、稳定性、灵敏度等关键性能指标的测试和分析,本文旨在揭示SnO2基气敏传感器的性能特点及其潜在的应用价值。

本文将对SnO2基气敏传感器的研究现状和发展趋势进行展望,以期为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示。

通过本文的研究,我们期望能够为SnO2基气敏传感器的进一步优化和应用提供理论和实践支持。

二、SnO2基气敏传感器的基本原理SnO2基气敏传感器是一种利用SnO2材料的特殊电学性质来检测特定气体的装置。

其基本原理主要基于SnO2材料的半导体特性以及气体分子与材料表面之间的相互作用。

SnO2是一种宽带隙的n型半导体,其导电性主要来源于材料中的氧空位和自由电子。

当SnO2基气敏传感器暴露于空气中时,氧气分子会吸附在材料表面并从导带中捕获电子,形成氧负离子(如O2-、O-、O2-等),导致材料表面形成电子耗尽层,电阻增大。

当传感器暴露在待测气体中时,气体分子会与SnO2表面发生反应,这些反应可能包括气体的吸附、解离、电子交换等过程。

这些过程会改变材料表面的电子状态,从而影响电子耗尽层的厚度和电阻值。

例如,对于还原性气体(如HCO等),它们会与吸附的氧负离子发生反应,释放电子回到SnO2的导带中,导致电阻减小。

利用溶胶凝胶法制备纳米材料

利用溶胶凝胶法制备纳米材料

哈尔滨师范大学学年论文题目利用溶胶凝胶法制备纳米材料的基本原理学生杨微指导教师徐玲玲副教授年级2009级专业物理学系别物理系学院物理与电子工程学院哈尔滨师范大学2012年4月论文提要随着社会的发展,纳米材料从开始的微观的概念到现如今纳米材料,从产生到发展到不断创新,大量的新产品已经渗透到了我们的日常生活,纳米纤维、纳米陶瓷、纳米芯片等都已经在市面上有重要应用。

然而纳米材料的制备却成了摆在我们面前亟待解决的最大障碍,但是热爱科学的科学家门在经过了艰苦卓绝的探索,在今天我们已经在纳米材料的制备方面有了新的突破,研究出来很多方法,其中包括物理方法,化学方法,而在化学方法中,本文主要讨论了溶胶凝胶技术制备纳米材料的分类,基本原理以及简单的工艺过程。

利用溶胶凝胶法制备纳米材料的基本原理杨微摘要:本文介绍了纳米材料的性能用途以及制备方法,主要是新兴的制备纳米材料低温工艺——溶胶凝胶法,在文中详细说明了溶胶凝胶法的类型和特征,重点描述了利用溶胶凝胶法制备纳米材料的类型,基本原理以及简略的操作流程。

关键词:纳米材料溶胶凝胶基本原理The basic principle of the use of sol-gel Nano – materialsYang WeiAbstract:This paper introduces the performance and complication of Nano - materials as well as preparation methods, emphatically introduced the emerging Preparation Nano – materials , that is low - temperature process, the sol-gel method describe in detail the types and characteristics of sol-gel method, the focus describes the type of sol-gel Nano - materials, the basic principle, and brief operation process.Key words: sol-gel Nano-materials basic principle一、纳米材料(一)纳米材料的产生:“纳米”是一个尺度单位,以“纳米”来命名的材料是在20世纪80年代,它作为一种新兴材料的定义把纳米颗粒尺度限制在1~100nm范围。

纳米材料制备方法..

纳米材料制备方法..

非晶晶化法制备纳米晶体
这是目前较为常用的方法(尤其是用于制
液态金属
非晶条带
备薄膜材料与磁性材料)。中科院金属所 卢柯等人于1990年首先提出利用此法制备 大块纳米晶合金,即通过热处理工艺使非 晶条带、丝或粉晶化成具有一定晶粒尺寸 的纳米晶材料。这种方法为直接生产大块 纳米晶合金提供了新途径。近年来Fe-Si-B 体系的磁性材料多由非晶晶化法制备。 掺入其它元素,对控制纳米材料的结构, 具有重要影响。研究表明,制备铁基纳米 晶合金Fe-Si-B时,加入Cu、Nb、W等元素, 可以在不同的热处理温度得到不同的纳米 结构。比如450℃时晶粒度为2nm,500~ 600℃时约为10nm,而当温度高于650℃时 晶粒度大于60nm。
纳米材料制备概述
1963年,Ryozi Uyeda等人用气体蒸发(或“冷凝”) 法获得了较干净的超微粒,并对单个金属微粒的形貌和晶 体结构进行了电镜和电子衍射研究。1984年,Gleiter等人 用同样的方法制备出了纳米相材料TiO2。值得指出的是, 俄罗斯和前苏联的科学家在纳米材料方面也有不少开创性 工作,只是由于英文翻译迟等原因而未能在国际上得到应 有的关注和肯定。比如Morokhov等人早在1977年就首次 制备成功了纳米晶材料并研究其性质。
压淬法制备纳米晶体
这一技术是中科院金属所姚斌等人于1994年初实现的,
他们用该技术制备出了块状Pd-Si-Cu和Cu-Ti等纳米晶 合金。压淬法就是利用在结晶过程中由压力控制晶体 的成核速率、抑制晶体生长过程,通过对熔融合金保 压急冷(压力下淬火,简称“压淬”)来直接制备块 状纳米晶体,并通过调整压力来控制晶粒的尺度。 目前,压淬法主要用于制备纳米晶合金。与其他纳米 晶制备方法相比,它有以下优点:直接制得纳米晶, 不需要先形成非晶或纳米晶粒;能制得大块致密的纳 米晶;界面清洁且结合好;晶粒度分布较均匀。

NO2光波导气敏元件的制备及气敏性

NO2光波导气敏元件的制备及气敏性

NO2光波导气敏元件的制备及气敏性赛亚尔·库西马克;塔吉古丽·依马木买买提;玛丽亚·马木提;帕提曼·尼扎木丁;阿布力孜·伊米提【摘要】采用溶胶-凝胶法(sol-gel)合成了有机硅溶胶,以间甲酚紫(m-Cresol Purple,m-CP)为敏感试剂,研制了m-CP-有机硅复合薄膜/K+交换玻璃光波导NO2气体传感元件.结果表明,该传感元件在室温条件下对NO2气体具有较高的选择性响应,能检测体积分数为1.0× 10-9(V/V0)(信噪比S=15.6)的NO2气体,响应-恢复时间分别为1 s和8s.体积分数在1.0× 10-3~1.0× 10-9(V/V0)范围内输出光强度的变化与气体浓度之间有良好的线性关系(R=0.98),相对标准偏差(RSD)为0.3%~0.9%,表明该传感器检测数据可靠,能够满足低成本、快速、现场检测的需求.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】5页(P23-27)【关键词】NO2气体;光波导传感器;溶胶-凝胶法;复合薄膜【作者】赛亚尔·库西马克;塔吉古丽·依马木买买提;玛丽亚·马木提;帕提曼·尼扎木丁;阿布力孜·伊米提【作者单位】新疆大学化学化工学院,新疆乌鲁木齐830046;新疆大学化学化工学院,新疆乌鲁木齐830046;新疆大学化学化工学院,新疆乌鲁木齐830046;新疆大学化学化工学院,新疆乌鲁木齐830046;新疆大学化学化工学院,新疆乌鲁木齐830046【正文语种】中文【中图分类】TP2120 引言NO2是一种高度活性的强毒性气体,主要来自汽车尾气和工业废气,是引起酸雨、温室效应等环境问题的污染物之一[1],对人体呼吸道也有强烈的刺激作用,严重时造成肺水肿[2]。

NO2气体的快速监测以及治理成为国内外研究的热点[3-4]。

SnO2材料气敏性能研究进展

SnO2材料气敏性能研究进展

SnO2材料气敏性能研究进展1.气体传感器的定义与研究意义气体传感器是传感器领域的一个重要分支,是一种将气体的成分、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等使用的信息的装置。

它主要用来检测气体的种类和浓度,对接触气体产生响应并转化成电信号从而达到对气体进行定量或半定量检测报警的目的。

气体传感器现已在人类的生产生活中得到了广泛的应用,在民用方面,主要是检测天然气、煤气的泄露,二氧化碳气体含量、烟雾杂质和某些难闻的气味与火灾发生等;在工业方面,主要是检测硫化物、氮氧化物、CH4、CO、CO2与Cl2等有毒或有害的气体,检测有机溶剂和磷烷、砷烷等剧毒气体,检测电力变压器油变质而产生的氢气,检测食品的新鲜度,检测空燃比或废气中的氧气的含量以与检测驾驶员呼气中酒精含量等;在农业生产上,主要是检测温度和湿度、CO2,土壤干燥度、土壤养分和光照度。

因此,气敏传感器的研究具有非常重要的意义。

2.气体传感器的分类按基体材料的不同,气敏传感器还可分为固体电解质气体传感器、有机高分子半导体传感器,金属氧化物半导体气体传感器;按被检测的气体不同,气敏传感器可分为酒敏器件、氢敏器件、氧敏器件等。

固体电解质气体传感器使用固体电解质做气敏材料,主要是通过测量气敏材料通过气体时形成的电动势而测量气体浓度。

这种传感器电导率高,灵敏度和选择性好,得到了广泛的应用。

高分子气敏传感器通过测量气敏材料吸收气体后的电阻、电动势、声波在材料表面传播速度或频率以与重量的变化来测量气体浓度。

高分子气体传感器具有许多的优点,如对特定气体分子灵敏度高,选择性好,且结构简单,能在常温下使用,可以补充其它气体传感器的不足。

金属氧化物半导体气体传感器是一类研究时间较长、应用前景较好的传感器,它主要根据材料表面接触气体后电阻发生变化的原理来检测气体。

因为金属氧化物半导体中多数载流子的不同而分为P型和N型。

N型半导体材料中,主要是晶格部存在氧离子的缺位或阳离子的填隙,此类材料主要包括SnO、ZnO、In2O3、a-Fe2O3、WO3、ZnFe2O4、CdO和TiO2等。

二氧化锡的制备及研究

二氧化锡的制备及研究
分子式(Formula): SnO2
分子量(Molecular Weight): 150.69
CAS No.: 18282-10-5
以上是二氧化锡的主要参数。我国生产二氧化锡已有较长历史,但均采用传统的硝酸法生产工艺。即将锡溶于硝酸,生成偏锡酸,经多次水洗、干燥、煅烧、粉碎,得到黄色的二氧化锡,该法硝酸消耗大,环境污染严重,锡消耗高,产品纯度低,色泽达不到高档用品要求。因此,尽管我国是锡出口国,却要高价进口二氧化锡。
1sno气敏机理关于sno气敏材料的敏感机理南于研究方法及实验条件的不同所提出的机理有表面电导晶界势垒和颈部控制等不同的模型vo如表由吸附控制模型u认为在洁净的空气氧化惟气氟中加热到一一定的温度时对氧进行表面吸附i自j二二氧化锡处tsnooo的状态表面活性较高存有催化剂的情况下很容易吸附氧在材料的晶界处材料处于多晶状态或木身就是由纳米级的微粒维成的形成势垒该势垒能束缚电子在电场作用下的漂移运动使z不易穿过势垒从而引起材料电导降低
除此以外,随着科技的发展进步,二氧化锡的制备方式也层出不穷。根据二氧化锡的性质特征,通过不断的开发拓展氧化锡的应用,一些新的技术等级氧化锡粉末已经在许多新技术领域得到应用,其中包括:
1银锡触头材料。银氧化锡触头材料是近年发展迅速的新型环保电触头材料,是替代传统银氧化镉触头的理想材料。它具有热稳定性好 、耐电弧侵蚀及抗熔焊性能 。试验 采 用溶胶 凝胶 法制 备纳 米 SnO 粉末 ,通过 掺杂 、化学镀 包覆 等工 艺改 善 SnO 的 导 电性 能及 氧化 物和银 的 浸润性;从而降低银氧化锡触头材料的接触电阻 、改善组织的均匀性 .提高机械加工性能。
别名氧化锡
化学式SnO₂
分子式(Formula): SnO2
分子量(Molecular Weight): 150.69
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第23卷,第1期 光谱学与光谱分析Vol 123,No 11,pp9821002003年2月 S pectroscopy and S pectral AnalysisFebruary ,2003 Sol 2gel 法制备纳米SnO 2气敏材料的研究张忠锁,张兴堂,陈艳辉,田宝丽,程 轲,黄亚彬,杜祖亮3河南大学特种功能材料重点实验室,河南开封 475001摘 要 用S ol 2gel 法制备SnO 2纳米粒子,并用XRD 、紫外吸收光谱和激光Raman 光谱进行了表征和分析。

XRD 实验证实了所制备的粒子具有较理想的纳米尺寸,其粒径随热退火温度升高而增大;Raman 光谱表明,低温退火时SnO 2纳米材料的氧缺位较大;紫外吸收光谱表明退火温度在300~500℃粒径变化很大,但光的吸收稳定不变。

可望利用这些性质,提高SnO 2气敏器件的性能。

主题词 S ol 2gel 法;SnO 2;气敏材料中图分类号:O61214,T Q1741758 文献标识码:A 文章编号:100020593(2003)0120098203 收稿日期:2002203201,修订日期:2002208202 基金项目:国家自然科学基金资助课题(批准号:19971008) 作者简介:张忠锁,1955年生,河南大学特种功能材料重点实验室讲师 3通讯联系人 由于传统的SnO 2气敏元件功耗大、灵敏度低、选择性差,人们一直在努力探索用新的方法解决这些问题。

纳米晶粒由于尺寸小,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级、能隙变宽,其特别的量子尺寸效应、表面效应和小尺寸效应,使纳米材料产生了许多体相材料不具备的特殊性能。

纳米SnO 2具有较大的比表面及较高的活性和敏感性,其元件具有寿命长、灵敏度高、成本低等特点,一直处于金属氧化物半导体电阻式气敏传感器研究的中心[1]。

纳米SnO 2制备方法有多种,常用的有溅射法、蒸镀法、化学气相沉积、PEC VD 法、沉淀法、溶胶2凝胶(S ol 2gel )法等。

S ol 2gel 法是目前最有潜力的方法。

它具有(1)制备出的粉粒分布均匀、纯度高、粒径尺寸小、活性大;(2)工艺简单,利于成批生产,降低成本;(3)易于过程控制,具有良好的开发前景[2]。

研究与应用中,人们发现SnO 2材料的纯度和晶粒大小直接影响着材料的气敏特性,SnO 2粉体的颗粒的形状、均匀性、稳定性都直接影响着以后制成的气敏元件的灵敏度、功耗、选择性、响应恢复特性及稳定性等重要参数。

一般来说粒径越小,粉体的单位比表面积越大,活性越高,由此制成的元件灵敏度就越高,功耗就越低,响应恢复时间越短[3,4]。

本文重点研究用S ol 2gel 法制备纳米SnO 2粒子,探索粒径大小与制备条件的关系及其微结构性质。

1 实验部分111 样品制备配制011m ol ・L-1的SnCl 4水溶液,取100m L 用50m L 的蒸馏水稀释,电磁搅拌10min ,然后在快速磁搅拌下逐滴加入氨水,至pH 值为5~6,再搅拌30min ,离心分离,分别在100,300,500,700℃下干燥处理2h ,制得SnO 2纳米粉体。

112 分析仪器选用Philips Analytical X ′Pert G raphics and Identify ,采用Cu靶,K α射线,波长为0115406nm ,进行联机XRD 测定,衍射角度自20°到80°。

紫外吸收采用英国UNIC AM 公司的He λios α紫外可见吸收光谱仪,波长范围190~1100nm 。

Raman 光谱分析采用法国Jobin Y v on 公司制造的J Y U 21000激光拉曼光谱仪,光栅半径1000mm ,分辨率0115cm -1。

2 结果与讨论211 用XR D 进行粒径大小分析分别经不同温度焙烧后的SnO 2的XRD 如图1所示。

依据亚晶细化与线性宽化的效应的关系———谢乐(Scherrer )公式D =kλB cosθλ 该公式是依据布拉格(Bragg )光学衍射的原理推导出来的。

其中K =0189~1,一般取K =1,D 为粒径大小,B 为半高宽,单位为弧度,λ为X 2射线的波长。

由图1数据可计算出不同温度处理过的SnO 2纳米粒径大小,结果如表1。

T able 1.P articles size of SnO 2annealed at various temperaturesT /℃D /nm10011893003102500719670018152Fig 11 XR D spectra of nanometer SnO 2annealedfor 2h at various temperaturesA ,700℃;B ,500℃;C ,300℃;D ,100℃ 经过多次实验,同等条件下制备的SnO 2粒径大小相近,说明此过程具有较好的可重复性。

通过把样品图与SnO 2衍射峰的标准图谱比较,峰位置及峰强度与JCPDS 卡(4121445)四方的SnO 2的衍射数据一致,无杂质峰[5],制备材料的图谱与标准的样品图谱十分吻合。

实验表明,所制备材料确系纳米SnO 2材料,且纯度很高。

依据Scherrer 公式计算出SnO 2的平均粒径在1189~18152nm 之间,为理想的纳米SnO 2材料。

212 UV 吸收光谱如图2是所制备样品的紫外吸收谱。

可以看出,四种样品吸收光谱变化不大。

Fig 12 UV spectra of nanometer SnO 2annealedfor 2h at various temperaturesA 1700℃B 1500℃C 1300℃D 1100℃ 对于半导体纳米材料,当晶粒尺寸细化到玻尔半径时,在其吸收光谱中可观察到电子2空穴弱束缚态受尺寸限域造成的跃迁蓝移及其能带分离现象,表现出所谓量子尺寸效应。

半导体的禁带越窄,其玻尔半径相对越大,量子尺寸效应在粒度相对较大时就显著发生,反之;对宽禁带半导体则出现量子尺寸效应的尺度就越小。

而SnO 2半导体属四方晶系,禁带宽度为317eV ,是一种n 型半导体,带宽较大,因而出现显著量子尺寸效应的粒度更小[6]。

从图中可以看出,烧结温度在100℃、颗粒较小时,出现了谱带蓝移现象。

而颗粒在3~8nm之间时,即烧结温度在300和500℃时,谱带并无大变化,这表明在此尺寸范围的SnO 2纳米材料具有相似的激子吸收行为。

因而其电导性质相对稳定。

而材料尺寸的较大变化对材料的透气率有很大的影响,可望用来提高宽范围气敏材料的选择性和稳定性。

213 R am an 光谱拉曼光谱是研究材料分子振动、微结构相变的强有力工具。

通常,对纳米材料随尺寸的减小,将对其拉曼振动产生几方面的影响。

一是出现新的跃迁,导致一些谱线的消失和新峰的出现;二是振动模的软化,导致谱峰的移动;三是引起谱峰的宽化,导致峰强度的降低;四是对于氧化物,一些振动峰对氧空位敏感。

此外,尺寸效应、表面效应以及晶界效应等也都会对Raman 光谱产生影响。

因此可望利用Raman 光谱技术对纳米SnO 2的微观结构进行深入的研究。

SnO 2是典型的氧化物宽带隙半导体,具有四方相晶形。

其四方相的骨架振动在100~250cm -1的低波数区[7],630cm -1附近的峰是Sn —O 的特征振动[8]。

O —Sn —O 变角振动一般出现在400~600cm -1范围[1],并且对氧空位和表面结构敏感。

图3为不同条件下制备的样品的Laser 2Raman 光谱。

图中只有700℃制备的样品,在630cm -1才出现了SnO 2的特征峰。

而代表四方相的低波数拉曼振动没有出现。

对照XRD 结果,在300和500℃时,材料的晶化已明显,700℃时已表现出大块材料的晶体特征。

这些结果表明,纳米材料的表面模软化效应在其中起着主要作用。

这种模的软化效应,往往对晶胞的“集体”振动有更大的影响。

显然,这种软化效应对SnO 2纳米晶在较大尺寸(~19nm )仍然存在。

Fig 13 Laser 2R am an spectra of nanometer SnO 2annealed at various tempraturesA 1700℃B 1500℃C 1300℃ 对于在300和500℃的样品,其晶粒尺寸更小,在3~8nm的范围。

此时,一方面表面软化效应更显著,导致低波数振动模的消失;另一方面,纳米微粒表面无定向成分的增加,晶界组元开始起作用,导致峰的宽化,引起630cm -1处的Sn —O 的本征振动峰的消失。

比较三种温度处理样品的Raman 光谱,还可以发现在500~590cm -1存在宽的弱Raman 信号,并且随样品制备温度升高逐渐向低波数移动。

考虑到样品制备时退火是在大气中进行的,这些变化应该与氧缺位有关。

对于新制备的氧化物半导体纳米微粒,通常都存在大量氧缺位,在有氧条件下随退火温度的升高,氧缺位逐渐减少。

对谱线的移峰,通常有两种解释:一是颗粒尺度的影响;二是氧缺位的影响。

Paker 等人对T iO 2等氧化物半导体纳米晶的Raman 峰移进行了较详细的研究。

一方面纳米颗粒尺寸逐渐减小,当纳米材料颗粒尺寸减少到某一临界尺寸时,其界面组元所占的百分数与颗粒组元相比拟,界面组元对拉曼谱的贡献导致拉曼峰位的移动,其峰移是界面组元的比例增大99第1期 光谱学与光谱分析的结果[9,10]。

另一方面,在退火温度较低、颗粒尺寸较小时,严重氧缺位将引起氧—金属变角振动大的改变。

Paker认为,氧缺位对拉曼线移有极大的关系[11,12]。

对于本实验中的情况,注意到从300到700℃这一宽峰逐渐移向低波数的事实,这一宽峰应该是O—Sn—O变角振动受到氧缺位影响的结果。

对于大块材料,这种变角振动在更低的波数。

在300℃时,氧缺位最多,振动峰移动最大(580 cm-1),随温度升高,氧缺位逐渐减少,到700℃时,移到了510 cm-1。

氧缺位的多少,对气敏材料的电导影响较大,低温处理时,比如温度在300℃左右时,氧缺位大,气敏特性好,有望利用这一特点,提高气敏器件的灵敏度。

3 结 论 利用S ol2gel法,制备了SnO2纳米粒子。

实验表明,该方法制备的SnO2纳米粒子,颗粒小、粒径均匀、纯度高、工艺简单、易于工业化生产。

从Raman光谱结果来看,在粒径较小时,氧缺位十分明显,对于提高材料的电导性能很有利;从紫外吸收光谱来看,在3~8nm的范围,虽然粒径变化很大,但其光的吸收不变,十分稳定,说明其适应范围宽。

可以利用此特点,研制出适应范围宽广、性能优越的气敏材料。

另一方面,由于纳米SnO2材料粒径随处理温度变化,其团聚程度明显不同。

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