金属氧化物气敏传感器
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微波水解法 [ 30～32 ] ———传统水解法与微波辐射技术相
微观结构和宏观物化特性具有重要的影响. 随着科学技术 的不断进步 ,合成纳米材料的化学方法和物理方法不断问 世 ,而且随着现代科技对不同物理 、化学特性纳米材料的 需求 ,又派生出许多新的技术.
纳米微粒的制备方法一般可分为物理方法和化学方
法. 制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀 的粒度分布. 4. 1 物理方法 4. 1. 1 蒸发冷凝法
第 5期
刘湘军等 :金属氧化物气敏Leabharlann Baidu感器
4 3
触时 ,随着气体浓度的增加 ,形成 Fe2 +离子 ,变成 Fe3O4 ,而 元件的体电阻下降 ,γ - Fe2O3 和 Fe3O4 都属于尖晶石结构 , 进行这种转换时 ,晶体结构并不发生变化 ,这种转换又是可 逆的 ,当被测气体脱离后 ,又恢复为原状态 ,通过这种转换而 达到检测周围气体的目的. 对于体相控制型气敏材料 ,材料 的内部原子也参与被检测气体的电子交换反应 ,而使之价态 发生可逆的变化 ,所以 ,粒子的尺寸越小 ,参与这种反应的数 量和能量也越大 ,产生的气敏特性也就越显著 [6 ].
法 ,是将惰性气体冷凝技术和化学气相沉积技术结合起来 的一种新型的合成纳米材料的方法 , 该法在 1994 年由 Chang等 [ 24, 25 ]首次提出 ,并用这种方法成功合成了 ZrO2、 TiO2 纳米颗粒. 该法问世以来 ,引起了世界各国研究者的 极大关注 ,逐渐成为气相法中合成纳米颗粒的最流行的方 法. 近 年 来 , 气 相 法 应 用 于 制 备 一 维 、二 维 纳 米 材 料 . [ 26 - 29 ] 4. 2. 2 微波水解法
3 金属氧化物半导体的改性
综观近年相关文献报道 ,半导体气体传感器的近期发 展主要侧重开发灵敏度高 、选择性好和稳定性好的气敏材 料. 气敏材料的开发主要体现在两方面 :一方面利用表面 修饰技术对已开发的气敏材料进行表面修饰 ,使其敏感特 性进一步提高. 表面修饰技术有表面掺入法 (添加贵金属 或氧化物 ) 、表面处理法 (气氛处理 ) 和表面层法 (加催化 层 ). 在半导体材料内添加少量贵金属是提高材料气敏特 性的有效手段. Shaver[ 7 ]首先发现贵金属 Pt对 WO3 氧化 物半导体气敏元件的特性有显著的增感效果 ,大大提高了 气体传感器的灵敏度和选择性 ,缩短了响应时间. 而在 Cd2 SnO3 [ 8 ]中加入贵金属 Pd,显著增强了材料对还原性气体 的敏感性能 ,并且加快了响应速度 ; Penza等人 在 [ 9 ] WO3 中分别掺杂了 Pd、Pt和 Au,并比较了不同贵金属掺杂对 WO3 气敏性能的影响 ,他们发现贵金属材料的掺杂提高了 材料对 NOx 的选择性 ,并加快了响应速度. 另外 ,在材料 中添加一定量的稀土金属也是提高材料灵敏度和选择性 的有效手段 [ 10, 11 ] .
2 金属氧化物半导体的气敏机理
金属氧化半导体的气敏特性 ,是在一定温度下半导体 化合物跟所接触的气体 (氧化性或还原性 )发生反应而导 致电阻值发生变化的现象 [ 2 ]. 金属氧化物半导体气体传 感器根据气体与金属氧化物气敏材料作用位置的不同 ,可 分为表面控制型 [ 5 ]和体相控制型.
表面控制型金属氧化半导体气敏材料的表面存在许 多活性中心 ,空气中氧分子吸附在金属氧化物半导体的表 面 ,并从其表面获得电子而形成化学吸附的 O2- 、O - 、O2 - , 结果表面电阻增加. 当还原性气体作为被检测气体与气敏 元件表面接触时 ,这些气体与化学吸附氧进行反应 ,导致 氧原子捕获的电子重新回到氧化物表面中去 ,表面电阻下 降. 当氧化性气体作为被检测气体与气敏元件表面接触 时 ,这些气体与化学吸附氧进行反应 , 导致表面吸附的 O2- 、O - 捕获更多的电子而形成更多的 O2- 使表面电阻 升高.
蒸发冷凝法又称为物理 气 相 沉 积 法 ( Physics Vapor Deposition简称 PVD 法 ) ,是用真空蒸发 、激光 、电弧高频感 应 、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体 ,然后在 介质中骤冷使之凝结. 其特点 :纯度高、结晶组织好、粒度可 控 ,但技术设备要求高. 加热源的不同点有 6个方面 : ①真 空蒸发 2冷凝法 ; ②激光加热蒸发法 ; ③高压气体雾化法 ; ④ 高频感应加热法 ; ⑤热等离子体法 ; ⑥电子束照射法. 4. 1. 2 物理粉碎法
气敏材料的开发在另一方面体现在充分利用纳米 、薄 膜等新材料制备技术来改善气敏材料各方面的性能. 半导 体颗粒越小 ,它的表面化学性质就越活泼. 因此在材料合 成 、制备的工艺过程中 ,可以通过制备技术控制材料粒径 以获得更高的比表面积 ,达到提高气敏材料灵敏度及选择 性的目的. 近年来 ,具有介孔结构的纳米材料显著改善了 半导体材料的性能. Shim izu实验小组 [ 12 - 14 ]对其进行了 系统的研究 ,合成粒径为 4 nm、介孔直径为 4 nm 的 SnO2 , 该材料有巨大的比表面积 ,达到了 253 m2 ·g- 1 ,大大提高 了对 H2 的灵敏度. 此外 ,在半导体气敏材料中添加一定量 的贵金属后 ,不仅增加了其检测灵敏度 ,还使气体传感器 的工作温区从高温区向低温区转移 ,研究表明 [ 15 ] ,在 WO3 中添加一定量 Ag后 ,使 WO3 的最佳工作温度从 300℃到 了 200℃,同时贵金属的掺杂还可以使气体传感器的检测 下限向低浓度发展 [ 16 ].
体相控制型金属氧化半导体其原子 (离子 )组成不满 足化学计量比 ,且其化学性质比较活泼易被还原 ,在一定 条件下与气体接触时晶体中的结构缺陷就发生变化 ,从而 使体电阻发生变化. 如 γ - Fe2O3 气敏元件 ,当它与气体接
收稿日期 : 2007 - 01 - 20; 修回日期 : 2007 - 05 - 11 作者简介 : 刘湘军 (1982 - )男 ,硕士研究生 ,主要从事化学与生物传感器技术研究. 3 通讯作者
刘湘军 1 , 谭湘倩 23 , 浣 石 3
(1. 湖南大学 化学生物传感与计量学国家重点实验室 , 湖南 长沙 410082; 2. 广州大学 商学院 ,
广东 广州 510006; 3. 广州大学 工程抗震研究中心 , 广东 广州 510405)
摘 要 : 根据检测气体的种类 、组成成分和工作原理对气体传感器进行了分类 ,并详细介绍了金属氧化物的气 敏机理和纳米技术对材料气敏性能的影响 ;着重从物理方法和化学方法两个方面介绍金属氧化物纳米颗粒的 合成 ;探讨了气体传感器的发展方向. 关键词 : 气体传感器 ; 纳米颗粒 ; 金属氧化物 ; 气敏材料 中图分类号 : TP 212 文献标识码 : A
物理粉碎法 ———通过机械粉碎 、冲击波诱导爆炸反应
等方法合成单一或复合纳米粒子. 其特点是操作比较简 单 、成本较低 ,但比较容易引入杂质 、降低纯度 、粒度难以 控制且分布不均 ,难以获得粒径小于 100 nm 的微粒. 近年 来随着助磨剂物理粉碎法 [ 21 ] ,超声波粉碎法 [ 22 ] 等的采 用 ,粒径可小于 100 nm,但仍存在产量较低 、成本较高 、粒
(1)由于纳米固体材料的粒径小 ,比面积大 ,与气体接 触界面大 ,而为气体提供了大量通道 ,从而大大提高了灵 敏度 ;
(2)工作温度大幅度降低 ; (3)传感器的尺寸变小. 更重要的是利用纳米技术制 作传感器 ,是站在原子尺度上 ,从而极大地丰富了传感器 的理论 ,推动了传感器的制作水平 ,拓宽了传感器的应用 领域 [ 18 - 20 ] . 纳米尺寸的合成为发展新材料提供了新途径 ,制备技 术和合成工艺过程的研究和控制对纳米颗粒及其材料的
据分子轨道和最低未被占据分子轨道能级而使能隙变宽
的现象. 量子尺寸效应使材料能级改变 ,导致材料能隙变 宽 ,从而催化活性更加活泼. 二是表面效应 [ 17 ] ———纳米材 料尺寸越小 ,表面原子数增加 ,表面能高 ,从而使材料表面 更加活泼 (特别是表面控制型气敏材料 ).
因此 ,将纳米材料应用于气体传感器 ,使气体传感器 具有常规传感器不可替代的优点 :
金属氧化物半导体传感器包括 WO3、SnO2、ZnO、InO3
等电阻式金属氧化物为基底材料制成的半导体传感器. 半 导体气体传感器在众多的气体传感器中 ,是发展最快 、应 用最广的一种. 自 1962年 ,日本学者 Seiyama等人首先报 道了半导体金属氧化物的气敏特性 [ 3 ] ,并进一步做了理论 研究 [ 4 ] ,他们首先导入了“气体检测器 ”( Gas Detector) 的 概念. 之后 ,各国研究者相继在这方面做了大量工作.
1 气体传感器的分类
环境中需要检测的气体种类繁多 ,由于所检测气体的 种类 、组成成分等不同 ,其检测方法也不大相同. 根据被检 测和控制气体对象 ,气体传感器可分为 :可燃性气体传感 器 、有毒有害气体传感器和氧传感器等 [ 1, 2 ].
根据气体传感器的工作原理及制作材料 ,气体传感器 又可分为半导体式气体传感器 、固体电解质气体传感器 、 接触燃烧 (亦称催化燃烧 ) 型气体传感器 、表面声波气体 传感器 、伏安特性气敏传感器 、浓差电池式气敏传感器 、石 英谐振式气体传感器 、光学式气体传感器等. 其中半导体 气体传感器又可分为金属氧化物半导体气体传感器和有 机半导体气体传感器. 金属氧化物半导体气敏传感器以其 检测范围宽 、稳定性好 、寿命长 、响应迅速等优点得到广泛 的应用.
2第0076年卷
第 5期 10月
广州大学学报 (自然科学版 )
Journal of Guangzhou University (Natural Science Edition)
文章编号 : 167124229 (2007) 0520042205
金属氧化物气敏传感器
Vol. 6 No. 5 Oct. 2007
现代工业的发展一方面为人类创造出巨大的财富 ,另 一方面却给生态环境带来严重的污染. 工业生产中气体原 料和废气的种类和数量随着工业的发展而越来越多. 这些 气体中 ,有毒性气体和可燃性气体不仅污染环境 ,而且有 产生爆炸 、火灾 、使人中毒的危险. 对这些气体迅速准确地 检测将有效地防止此类恶性事件的发生. 因此 ,气敏传感 器的研究与应用变得越来越重要了. 近年来 ,结合纳米技 术研制成功的金属氧化物传感器 ,以其较高的灵敏度和选 择性 ,良好的稳定性和恢复性 ,以及使用寿命长等优点 ,被 广泛应用于有毒气体 、可燃可爆气体 、工业废气等气体的 检测中.
44
广州大学学报 (自然科学版 )
第 6卷
径分布不均的缺点 ,有待于进一步的改进和研究. 4. 2 化学方法 4. 2. 1 化学气相沉淀法
化学 气 相 沉 淀 法 ( Chem ical Vapor Deposition 简 称 CVD) ,是利用气体原料在气相中进行化学反应冷凝过程 中凝聚长大并形成纳米粒子. 其特点是纯度高 、工艺过程 可控 ,但颗粒直径较大且易团聚和烧结. 目前开发出的等 离子体 CVD技术其原理就是利用等离子体产生的超高温 激发气体发生反应 ,同时利用等离子体高温区与周围环境 形成的巨大温度梯度 ,通过急冷获得纳米微粒 [ 23 ]. 近年比 较流行的新的合成纳米氧化物的方法 ———化学气相冷凝
4 金属氧化物半导粉体的制备
由上述可知 ,半导体气敏性能与半导体的物性有关.
当材料粒子进入纳米级时 ,除其本身具有的量子尺寸效 应 、小尺寸效应 、表面效应和宏观量子隧道效应 ,还展现出 许多特有的性质 ,在电 、磁 、热 、光吸收 、催化 、滤光等方面 有广阔的应用前景. 纳米技术对材料气敏性能的影响主要 体现在两个方面 :一是量子尺寸效应 [ 16 ] ———由于粒子尺 寸变小 ,金属费米能级附近的电子能级由准连续变成分立 能级的现象以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占
微观结构和宏观物化特性具有重要的影响. 随着科学技术 的不断进步 ,合成纳米材料的化学方法和物理方法不断问 世 ,而且随着现代科技对不同物理 、化学特性纳米材料的 需求 ,又派生出许多新的技术.
纳米微粒的制备方法一般可分为物理方法和化学方
法. 制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀 的粒度分布. 4. 1 物理方法 4. 1. 1 蒸发冷凝法
第 5期
刘湘军等 :金属氧化物气敏Leabharlann Baidu感器
4 3
触时 ,随着气体浓度的增加 ,形成 Fe2 +离子 ,变成 Fe3O4 ,而 元件的体电阻下降 ,γ - Fe2O3 和 Fe3O4 都属于尖晶石结构 , 进行这种转换时 ,晶体结构并不发生变化 ,这种转换又是可 逆的 ,当被测气体脱离后 ,又恢复为原状态 ,通过这种转换而 达到检测周围气体的目的. 对于体相控制型气敏材料 ,材料 的内部原子也参与被检测气体的电子交换反应 ,而使之价态 发生可逆的变化 ,所以 ,粒子的尺寸越小 ,参与这种反应的数 量和能量也越大 ,产生的气敏特性也就越显著 [6 ].
法 ,是将惰性气体冷凝技术和化学气相沉积技术结合起来 的一种新型的合成纳米材料的方法 , 该法在 1994 年由 Chang等 [ 24, 25 ]首次提出 ,并用这种方法成功合成了 ZrO2、 TiO2 纳米颗粒. 该法问世以来 ,引起了世界各国研究者的 极大关注 ,逐渐成为气相法中合成纳米颗粒的最流行的方 法. 近 年 来 , 气 相 法 应 用 于 制 备 一 维 、二 维 纳 米 材 料 . [ 26 - 29 ] 4. 2. 2 微波水解法
3 金属氧化物半导体的改性
综观近年相关文献报道 ,半导体气体传感器的近期发 展主要侧重开发灵敏度高 、选择性好和稳定性好的气敏材 料. 气敏材料的开发主要体现在两方面 :一方面利用表面 修饰技术对已开发的气敏材料进行表面修饰 ,使其敏感特 性进一步提高. 表面修饰技术有表面掺入法 (添加贵金属 或氧化物 ) 、表面处理法 (气氛处理 ) 和表面层法 (加催化 层 ). 在半导体材料内添加少量贵金属是提高材料气敏特 性的有效手段. Shaver[ 7 ]首先发现贵金属 Pt对 WO3 氧化 物半导体气敏元件的特性有显著的增感效果 ,大大提高了 气体传感器的灵敏度和选择性 ,缩短了响应时间. 而在 Cd2 SnO3 [ 8 ]中加入贵金属 Pd,显著增强了材料对还原性气体 的敏感性能 ,并且加快了响应速度 ; Penza等人 在 [ 9 ] WO3 中分别掺杂了 Pd、Pt和 Au,并比较了不同贵金属掺杂对 WO3 气敏性能的影响 ,他们发现贵金属材料的掺杂提高了 材料对 NOx 的选择性 ,并加快了响应速度. 另外 ,在材料 中添加一定量的稀土金属也是提高材料灵敏度和选择性 的有效手段 [ 10, 11 ] .
2 金属氧化物半导体的气敏机理
金属氧化半导体的气敏特性 ,是在一定温度下半导体 化合物跟所接触的气体 (氧化性或还原性 )发生反应而导 致电阻值发生变化的现象 [ 2 ]. 金属氧化物半导体气体传 感器根据气体与金属氧化物气敏材料作用位置的不同 ,可 分为表面控制型 [ 5 ]和体相控制型.
表面控制型金属氧化半导体气敏材料的表面存在许 多活性中心 ,空气中氧分子吸附在金属氧化物半导体的表 面 ,并从其表面获得电子而形成化学吸附的 O2- 、O - 、O2 - , 结果表面电阻增加. 当还原性气体作为被检测气体与气敏 元件表面接触时 ,这些气体与化学吸附氧进行反应 ,导致 氧原子捕获的电子重新回到氧化物表面中去 ,表面电阻下 降. 当氧化性气体作为被检测气体与气敏元件表面接触 时 ,这些气体与化学吸附氧进行反应 , 导致表面吸附的 O2- 、O - 捕获更多的电子而形成更多的 O2- 使表面电阻 升高.
蒸发冷凝法又称为物理 气 相 沉 积 法 ( Physics Vapor Deposition简称 PVD 法 ) ,是用真空蒸发 、激光 、电弧高频感 应 、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体 ,然后在 介质中骤冷使之凝结. 其特点 :纯度高、结晶组织好、粒度可 控 ,但技术设备要求高. 加热源的不同点有 6个方面 : ①真 空蒸发 2冷凝法 ; ②激光加热蒸发法 ; ③高压气体雾化法 ; ④ 高频感应加热法 ; ⑤热等离子体法 ; ⑥电子束照射法. 4. 1. 2 物理粉碎法
气敏材料的开发在另一方面体现在充分利用纳米 、薄 膜等新材料制备技术来改善气敏材料各方面的性能. 半导 体颗粒越小 ,它的表面化学性质就越活泼. 因此在材料合 成 、制备的工艺过程中 ,可以通过制备技术控制材料粒径 以获得更高的比表面积 ,达到提高气敏材料灵敏度及选择 性的目的. 近年来 ,具有介孔结构的纳米材料显著改善了 半导体材料的性能. Shim izu实验小组 [ 12 - 14 ]对其进行了 系统的研究 ,合成粒径为 4 nm、介孔直径为 4 nm 的 SnO2 , 该材料有巨大的比表面积 ,达到了 253 m2 ·g- 1 ,大大提高 了对 H2 的灵敏度. 此外 ,在半导体气敏材料中添加一定量 的贵金属后 ,不仅增加了其检测灵敏度 ,还使气体传感器 的工作温区从高温区向低温区转移 ,研究表明 [ 15 ] ,在 WO3 中添加一定量 Ag后 ,使 WO3 的最佳工作温度从 300℃到 了 200℃,同时贵金属的掺杂还可以使气体传感器的检测 下限向低浓度发展 [ 16 ].
体相控制型金属氧化半导体其原子 (离子 )组成不满 足化学计量比 ,且其化学性质比较活泼易被还原 ,在一定 条件下与气体接触时晶体中的结构缺陷就发生变化 ,从而 使体电阻发生变化. 如 γ - Fe2O3 气敏元件 ,当它与气体接
收稿日期 : 2007 - 01 - 20; 修回日期 : 2007 - 05 - 11 作者简介 : 刘湘军 (1982 - )男 ,硕士研究生 ,主要从事化学与生物传感器技术研究. 3 通讯作者
刘湘军 1 , 谭湘倩 23 , 浣 石 3
(1. 湖南大学 化学生物传感与计量学国家重点实验室 , 湖南 长沙 410082; 2. 广州大学 商学院 ,
广东 广州 510006; 3. 广州大学 工程抗震研究中心 , 广东 广州 510405)
摘 要 : 根据检测气体的种类 、组成成分和工作原理对气体传感器进行了分类 ,并详细介绍了金属氧化物的气 敏机理和纳米技术对材料气敏性能的影响 ;着重从物理方法和化学方法两个方面介绍金属氧化物纳米颗粒的 合成 ;探讨了气体传感器的发展方向. 关键词 : 气体传感器 ; 纳米颗粒 ; 金属氧化物 ; 气敏材料 中图分类号 : TP 212 文献标识码 : A
物理粉碎法 ———通过机械粉碎 、冲击波诱导爆炸反应
等方法合成单一或复合纳米粒子. 其特点是操作比较简 单 、成本较低 ,但比较容易引入杂质 、降低纯度 、粒度难以 控制且分布不均 ,难以获得粒径小于 100 nm 的微粒. 近年 来随着助磨剂物理粉碎法 [ 21 ] ,超声波粉碎法 [ 22 ] 等的采 用 ,粒径可小于 100 nm,但仍存在产量较低 、成本较高 、粒
(1)由于纳米固体材料的粒径小 ,比面积大 ,与气体接 触界面大 ,而为气体提供了大量通道 ,从而大大提高了灵 敏度 ;
(2)工作温度大幅度降低 ; (3)传感器的尺寸变小. 更重要的是利用纳米技术制 作传感器 ,是站在原子尺度上 ,从而极大地丰富了传感器 的理论 ,推动了传感器的制作水平 ,拓宽了传感器的应用 领域 [ 18 - 20 ] . 纳米尺寸的合成为发展新材料提供了新途径 ,制备技 术和合成工艺过程的研究和控制对纳米颗粒及其材料的
据分子轨道和最低未被占据分子轨道能级而使能隙变宽
的现象. 量子尺寸效应使材料能级改变 ,导致材料能隙变 宽 ,从而催化活性更加活泼. 二是表面效应 [ 17 ] ———纳米材 料尺寸越小 ,表面原子数增加 ,表面能高 ,从而使材料表面 更加活泼 (特别是表面控制型气敏材料 ).
因此 ,将纳米材料应用于气体传感器 ,使气体传感器 具有常规传感器不可替代的优点 :
金属氧化物半导体传感器包括 WO3、SnO2、ZnO、InO3
等电阻式金属氧化物为基底材料制成的半导体传感器. 半 导体气体传感器在众多的气体传感器中 ,是发展最快 、应 用最广的一种. 自 1962年 ,日本学者 Seiyama等人首先报 道了半导体金属氧化物的气敏特性 [ 3 ] ,并进一步做了理论 研究 [ 4 ] ,他们首先导入了“气体检测器 ”( Gas Detector) 的 概念. 之后 ,各国研究者相继在这方面做了大量工作.
1 气体传感器的分类
环境中需要检测的气体种类繁多 ,由于所检测气体的 种类 、组成成分等不同 ,其检测方法也不大相同. 根据被检 测和控制气体对象 ,气体传感器可分为 :可燃性气体传感 器 、有毒有害气体传感器和氧传感器等 [ 1, 2 ].
根据气体传感器的工作原理及制作材料 ,气体传感器 又可分为半导体式气体传感器 、固体电解质气体传感器 、 接触燃烧 (亦称催化燃烧 ) 型气体传感器 、表面声波气体 传感器 、伏安特性气敏传感器 、浓差电池式气敏传感器 、石 英谐振式气体传感器 、光学式气体传感器等. 其中半导体 气体传感器又可分为金属氧化物半导体气体传感器和有 机半导体气体传感器. 金属氧化物半导体气敏传感器以其 检测范围宽 、稳定性好 、寿命长 、响应迅速等优点得到广泛 的应用.
2第0076年卷
第 5期 10月
广州大学学报 (自然科学版 )
Journal of Guangzhou University (Natural Science Edition)
文章编号 : 167124229 (2007) 0520042205
金属氧化物气敏传感器
Vol. 6 No. 5 Oct. 2007
现代工业的发展一方面为人类创造出巨大的财富 ,另 一方面却给生态环境带来严重的污染. 工业生产中气体原 料和废气的种类和数量随着工业的发展而越来越多. 这些 气体中 ,有毒性气体和可燃性气体不仅污染环境 ,而且有 产生爆炸 、火灾 、使人中毒的危险. 对这些气体迅速准确地 检测将有效地防止此类恶性事件的发生. 因此 ,气敏传感 器的研究与应用变得越来越重要了. 近年来 ,结合纳米技 术研制成功的金属氧化物传感器 ,以其较高的灵敏度和选 择性 ,良好的稳定性和恢复性 ,以及使用寿命长等优点 ,被 广泛应用于有毒气体 、可燃可爆气体 、工业废气等气体的 检测中.
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第 6卷
径分布不均的缺点 ,有待于进一步的改进和研究. 4. 2 化学方法 4. 2. 1 化学气相沉淀法
化学 气 相 沉 淀 法 ( Chem ical Vapor Deposition 简 称 CVD) ,是利用气体原料在气相中进行化学反应冷凝过程 中凝聚长大并形成纳米粒子. 其特点是纯度高 、工艺过程 可控 ,但颗粒直径较大且易团聚和烧结. 目前开发出的等 离子体 CVD技术其原理就是利用等离子体产生的超高温 激发气体发生反应 ,同时利用等离子体高温区与周围环境 形成的巨大温度梯度 ,通过急冷获得纳米微粒 [ 23 ]. 近年比 较流行的新的合成纳米氧化物的方法 ———化学气相冷凝
4 金属氧化物半导粉体的制备
由上述可知 ,半导体气敏性能与半导体的物性有关.
当材料粒子进入纳米级时 ,除其本身具有的量子尺寸效 应 、小尺寸效应 、表面效应和宏观量子隧道效应 ,还展现出 许多特有的性质 ,在电 、磁 、热 、光吸收 、催化 、滤光等方面 有广阔的应用前景. 纳米技术对材料气敏性能的影响主要 体现在两个方面 :一是量子尺寸效应 [ 16 ] ———由于粒子尺 寸变小 ,金属费米能级附近的电子能级由准连续变成分立 能级的现象以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占