一种基于纳米SnO2材料的CO气敏器件的研制

　　1　引言

　　日常生活和许多产业部门都接触CO气体,如:冶金工业的炼钢车间、炼焦车间;机器制造业的锻造车间等;特别是一些城市使用发生炉煤气和水煤气,CO的含量可达33%和44%。由于CO是无色无味有毒的气体,当CO的含量超过50ppm时就会致人死亡,而当其浓度超过12.5%时,将会引起爆炸,因此,研制CO气敏器件具有重大的现实意义。

　　目前,虽然对CO气敏器件研究较多,但器件的特性还很不理想。近年来,随着纳米技术的发展,由于纳米材料本身具有明显的表面效应、体积效应和量子尺寸效应等特点,使得其物理、化学特性不同于正常粒子,从理论上讲,用这种材料制作的气敏器件的敏感特性会明显优于普通材料制作的器件。本研究就是将这一理论应用于CO气敏器件的实际制作过程中,结果表明,用纳米SnO2材料制备的CO气敏器件的特性大大改善了。

　　2　SnO2气敏器件的敏感机理

　　SnO2气敏器件是表面电阻控制型气敏器件,其敏感机理是当器件接触被测气体时,器件的表面电阻随气体的种类和浓度的变化而变化。该类器件表面电阻的变化,取决于表面原来吸附气体与半导体材料之间的电子交换。通常器件工作在空气中,空气中的氧和NO2这样电子兼容性大的气体,接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷,结果使n型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少,使表面电导减少,从而使器件处于高阻状态。即:

　　当器件与被测气体接触,就会与吸附的氧起反应将被束缚的n个电子释放出来。例如,与H2、CO的情况,敏感膜表面电导增加,使器件电阻减少。即

　　3　实验

　　3·1　纳米SnO2-PdO混合材料的制备

　　将称好的5g SnCl4·5H2O和0.2g PdCl2溶于去离子水中配成所需浓度溶液,将此溶液与200ml 1%的明胶水溶液混合、搅拌均匀,然后将适量浓度为28%的氨水溶液均匀滴入正在搅拌的混合溶液中,并持续搅拌10h以上,形成均匀稳定的溶胶。之后将溶胶装入自制的半透膜,在60~70℃的恒温去离子水浴中清洗,直至滤液中加入0.1mol/l的AgNO3溶液无沉淀产生为止。清洗、提纯后的溶胶在室温下静置、老化12h以上,形成凝胶。将此凝胶放在红外灯下蒸发干燥,把干燥后的沉淀物用玛瑙研钵研碎,用浓硝酸和无水乙醇进行处理,去掉其中有机高分子化合物明胶,再用去离子水冲洗3~5遍。之后再放到红外灯下蒸发干燥,把干燥后的沉淀物用玛瑙研钵研碎,放入高温烧结炉中以650℃煅烧3h,即得SnO2-PdO超细粉末。然后用D/max-IILA全自动X射线衍射仪,BC-1型比表面测定仪对粉体粒径大小进行了测试,经计算得此种方法制得的粉末粒径平均在30nm左右。同时用扫描电子显微镜测定粉末形貌进行了观察,发现PdO粒子均匀地分散在SnO2粒子中。