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《静电纺丝法制备SnO2基纳米管及其气敏特性研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域展现出巨大的应用潜力。
其中，SnO2基纳米材料因其优异的电学、光学和气敏性能，在传感器、催化、能源存储等领域有着广泛的应用。
静电纺丝法作为一种简单、灵活且成本效益高的制备纳米材料的方法，已成为当前研究热点。
本研究利用静电纺丝法制备SnO2基纳米管，并对其气敏特性进行研究，以期为相关领域的应用提供理论基础和实验依据。
二、材料与方法1. 材料准备实验所需材料包括：锡盐、有机溶剂、导电聚合物等。
所有试剂均为分析纯，使用前未进行进一步处理。
2. 静电纺丝法制备SnO2基纳米管采用静电纺丝法，将锡盐溶液与导电聚合物混合，通过高压静电场的作用，使混合溶液形成纳米纤维。
经过热处理后，得到SnO2基纳米管。
3. 纳米管气敏特性测试采用标准的气敏测试方法，对制备的SnO2基纳米管进行气敏性能测试。
测试气体包括还原性和氧化性气体，测试温度范围为室温至高温。
三、结果与讨论1. SnO2基纳米管的制备与表征通过静电纺丝法成功制备了SnO2基纳米管。
扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察显示，纳米管具有较高的长径比和均匀的尺寸。
X射线衍射（XRD）分析表明，纳米管为SnO2相。
2. 纳米管的气敏特性对制备的SnO2基纳米管进行气敏性能测试。
结果显示，纳米管对还原性和氧化性气体均表现出良好的响应。
在室温下，纳米管对某些气体的响应速度较快，灵敏度较高。
随着测试温度的升高，气敏性能有所提高。
这归因于SnO2基纳米管的高比表面积、良好的电子传输性能以及与气体分子的相互作用。
3. 影响因素分析影响SnO2基纳米管气敏性能的因素较多，包括纳米管的尺寸、形貌、结晶度、表面化学性质等。
此外，测试温度、气体种类和浓度等也会对气敏性能产生影响。
通过优化制备条件和测试参数，有望进一步提高SnO2基纳米管的气敏性能。
水解法制取SnO2的反应方程式一、概述1. SnO2的用途和重要性2. 水解法制取SnO2的原理及方法二、水解法制取SnO2的步骤1. 原料准备2. 反应过程3. 产物分离和纯化三、水解法制取SnO2的反应方程式1. 反应物和产物2. 反应方程式的展开和分析四、水解法制取SnO2的优缺点1. 优点2. 缺点五、结论概述1. SnO2的用途和重要性二氧化锡（SnO2）是一种重要的无机化合物，具有广泛的应用价值。
它常用作催化剂、涂层材料、光学薄膜、太阳能电池等领域。
由于其优异的电子传输性能和光学特性，SnO2在纳米材料领域也备受关注。
2. 水解法制取SnO2的原理及方法水解法是制备金属氧化物的常用方法之一。
通过将金属离子与水反应生成金属氧化物，再经过适当的分离和纯化步骤得到所需产物。
水解法制备SnO2的方法较为简单，且适用于规模化生产。
水解法制取SnO2的步骤1. 原料准备制备SnO2的水解方法需要准备合适的原料。
通常采用的是氧化锡或氢氧化锡等化合物作为反应的起始物质。
反应还需要足量的水作为反应介质。
2. 反应过程在适宜的温度和压力条件下，将氧化锡或氢氧化锡与水进行反应。
该反应通常需要一定的时间，以完成金属离子水解生成金属氧化物的过程。
3. 产物分离和纯化完成反应后，得到的混合溶液中含有SnO2和其他杂质。
此时需要通过沉淀、过滤、干燥等步骤将SnO2分离出来，并进行进一步的纯化处理，以得到高质量的SnO2产物。
水解法制取SnO2的反应方程式1. 反应物和产物反应物：氧化锡（SnO2）、水（H2O）产物：氢氧化锡（Sn(OH)4）、氧气（O2）2. 反应方程式的展开和分析反应的化学方程式如下所示：SnO2 + 2H2O → Sn(OH)4 + O2从反应方程式中可以看出，氧化锡在水的作用下发生水解反应，生成氢氧化锡和氧气。
整个水解过程伴随着气体的释放，是一个放热反应。
水解法制取SnO2的优缺点1. 优点（1）操作简便：水解法制备SnO2的操作步骤相对简单，不需要使用复杂昂贵的设备和条件。
摘要摘要由于金属氧化物半导体气体传感器通常具有结构简单、灵敏度高、成本低廉、制作工艺简单等优点，在许多气体探测系统中得到了广泛应用。
然而，在实际应用中，该类气体传感器依然存在着选择性差、工作温度高以及稳定性差、易老化等问题，大大降低了其应用价值。
通过哪些具体可行的措施来提高气体传感器的选择性、稳定性、并降低功耗，探索新的气敏机制、开发新型敏感材料以及新的器件结构，是当前该领域的研究热点。
SnO2虽然是研究最早、当前商业化应用最为广泛的一种金属氧化物半导体气敏材料，具有其它材料不可比拟的优异性能，但以它为基的气体传感器同样存在着选择性差、工作温度高等缺点。
本文以SnO2的一维纳米结构为基，借助材料工程手段获得两种复合结构气体敏感材料，希望通过提高材料比表面积、引入异质结以及表面功能性修饰等多重措施的协同效应改善气体传感器的响应特性。
具体研究工作分为四个方面：1.利用静电纺丝工艺制备了机构稳定、形貌良好的SnO2纳米纤维。
通过控制相对空气湿度（HR）等工艺条件得到了绵长的、粗细均匀的SnO2纳米纤维，并测试分析了SnO2纳米纤维的气敏性能，研究发现SnO2纳米纤维的在工作温度为350℃时，对酒精有较好的响应。
2.采用二步法制备了ZnO/SnO2分级纳米结构。
首先，在静电纺丝法制备的SnO2纳米纤维上生长ZnO种子层，而后采用水热法继续在SnO2纳米纤维上生长大量均匀一致ZnO纳米棒阵列。
采用XRD、SEM、气敏测试系统等手段对材料进行表征，并研究了不同水热时间等工艺参数对ZnO/SnO2分级纳米结构生长的影响。
研究发现，使用250℃处理的种子层对SnO2/ZnO分级纳米结构的生长最有利。
而且随着水热时间从2h、4h、6h的递增，ZnO纳米阵列更加浓密。
随后的气敏测试分析表明，ZnO/SnO2分级纳米结构最佳工作温度为300℃，在此温度下对100ppm的丙酮气体进行气敏测试，灵敏度高达20.8，并对该气体具有一定的选择性。
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。
水热法制备SnO2纳米颗粒及其在气体传感器中的应用摘要纳米SnO2颗粒的化学稳定性好,灵敏度高，气体选择性好，因此在气体传感器方面具有潜在的价值.纳米SnO2颗粒的制作方法多种多样，本文重点就水热法加入制备纳米SnO2颗粒及其气敏性进行研究,并对进一步提高其气体传感性进行了展望.关键词：SnO2纳米颗粒、水热法、气敏性Hydrothermal prepared SnO2 nanoparticles and their applications in gas sensorsAbstractSnO2 Nano-particles in the gas sensor has potential value because of its good che mical stability, high sensitivity, good gas selectivity. Nano SnO2 particles has a wide variety of production methods, the focus of this paper is the hydrothermal method of preparation of nanometer SnO2 particles and gas sensing research, in addition how to further improve its gas sensing prospect.Key Words: SnO2 nanoparticles；hydrothermal method ；gas sensing引言SnO2是一种重要的无机化工原料，具有优良的气敏特性以及阻燃性、光电性能，同时还具有活性大、性能易于控制、制备方法灵活多样等特点，被广泛应用于气敏元件、湿敏元件、液晶显示、催化剂、光探测器、半导体元件、电极材料、保护涂层及太阳能电池等技术领域[1].多晶纳米材料具有表面效应、体积效应和量子尺寸效应，其物理和化学性质明显优于普通材料，近些年来围绕SnO2为基体的气敏材料制备及元件制作技术的研究十分活跃.1水热法制备SnO2纳米颗粒水热法又称热液法[2]，是在特制的密闭反应容器高压釜里,采用水溶液或其它流体为反应介质,在高温大于100℃、高压大于0.981MPa的条件下进行有关化学反应的总称.水热法制备的纳米粒子具有晶粒发育完整、粒度小、分布均匀、颗粒团聚较少、分散性好和成分纯净等优点，而且制备过程污染小、成本低、工艺简单，尤其是无需后期的高温处理，避免了高温处理过程中晶粒的长大、缺陷的形成和杂质的引入，制得的粉体并且具有较高的烧结活性.水热法制备SnO2纳米颗粒的影响因素有很多，在反应过程中反应物浓度、时间、温度、酸度、有机溶剂、压强、表面活性剂等对SnO2纳米颗粒的形成都有一定的影响.陈祖耀[3]等利用水热法将一定摩尔比的SnCl4溶液和浓硝酸溶液混合,于150℃的温度下加热12小时,水洗后干燥得5nm的四方相SnO2纳米粉体.李燕[4]利用醇和水溶液法得到平均粒径为10nm的纳米粉体.与单纯用水作溶剂相比,发现醇作溶剂时制得的粉体分散性好、粒径小,团聚状况减轻.Chen等[5]以氯化锡为锡源，氢氧化钠为沉淀剂，在不同的反应介质中，结合水热法合成了维数可调的金红石型氧化锡纳米棒，通过分析发现，在乙醇反应介质中，可以得到约4.5-39.1nm的纳米棒；在水/醇（体积比为1比1）的反应介质中，得到了约42-197nm的氧化锡纳米棒；等体积水醇混合溶液中加入十六烷基苯磺酸钠后，得到了5.5-19.3nm的纳米棒.李振昊等[6]，用超重力与水热法相结合，以SnCl4·5H2O和氨水为原料,用旋转填充床制备出均一、细小的SnO2前驱体，为水热后处理提供一个良好的溶液粉环境，并研究了水热温度、反应物浓度和水热时间等实验条件对的纳米SnO2体的晶体结构、粒度及分散性的影响.结果表明,在SnO2溶液浓度为0.05 mol/ L、水热温度240～280℃以及陈化时间3～8h得到的粉体结晶性良好、比表面积大(90～170m2/g)、粉体的颗粒大小在2～6nm左右,并具有良好的分散性.王东新等[7]利用氯化锡和氨水作为反应试剂,通过水热合成技术制备了近球形,棒状,椭球形,六角形等粉体形貌和粒径范围从4nm至120nm的纳米氧化锡粉体,并对水热合成条件对粉体的粒径和形貌的影响进行了研究.所制备的粉体的XRD分析结果显示,合成温度在160℃以上并且合成时间在3h以上,粉体全部具有氧化锡晶体结构.魏妙丹[8]等人发现，以SnCl4·5H2O为主要原料，与NH3.H2O反应制备出颗粒粒径为10-30nm分散性较好的近似球形的纳米SnO2颗粒，探求出用乙醇为溶剂，样品的分散性较好；以十六烷基铵作为分散剂与Sn4+的比例为10:1时分散效果最佳.当SnCl4溶液的浓度0.2mol/L时，分散性较好，粒径较小，30-90℃作为反应温度较为适宜.不同的水热处理时间所合成的SnO2粉体具有不同粒径的棒状形貌.近来，有学者对水热法进行了改进，张等[9]用水热法制备出颗粒的粒径7.9nm 近似球状的的SnO2纳米晶体，但发现其分散性不好，同时，他们利用共沸蒸馏法得到颗粒疏松，最小尺寸为4.6nm平均粒径约为20nm的SnO2纳米晶体.用正丁醇代替水分子时，消除了颗粒间Sn-O-Sn化学键的形成.利用溶胶-凝胶法制备最小尺寸为8.2nm,平均粒径约为70nm左右的三角锥形颗粒，使用超声波技术防止团聚使粒径分布更均匀.国外也有一些新的方法取得了新进展.Masayoshi Yuasa等[10]将500mL浓度为1.0mol/L的NH4HCO3溶液滴入100mL浓度为1.0mol/L的SnCl4·5H2O溶液中，利用水热处理得到锡酸悬浮液，通过离心机洗涤并且去离子水数次然后15g的锡酸溶液在压强为10MPa温度为200°C,PH为4.5，体积为300mL的氨溶液中处理3个小时，得到SnO2稳定悬浮液.利用光化学沉积法制备经水热处理Pd改性的二氧化锡稳定悬浮液，通过改变PH值利用旋转涂膜法得到Pd改性的SnO2纳米薄膜式气敏传感器.同时还有美国的Kistler利用渗透膜水解SnC14制胶合成了SnO2粉体，日本的八木秀明用Sn(OC4H9)4水解成胶后焙烧得到SnO2纳米晶体，芬兰H．Tor vela的SnSO4热解法得到SnO2纳米晶体等.综上所述,控制反应物浓度、温度、时间、压强等初始条件可改变晶体的粒径.在合成体系中加入表面活性剂和水溶性多聚物，会在沉淀颗粒表面形成可阻止纳米粒子团聚的保护层，也可使纳米粉体的粒径分布较窄、分散性能更好.添加乙醇、正丁醇等有机溶剂可改变晶体团聚现象.2纳米SnO2颗粒的气敏性及其在传感器方面的应用SnO2属于立方晶系，具有金红石结构.呈N型半导体特性，结构上禁带宽度较宽（3.7eV）.因此，SnO2材料具有物理、化学稳定性好，耐腐蚀性强，对气体检测可逆，吸脱时间短；可靠性较高，机械性能良好；电阻随气体浓度的变化呈抛物线变化趋势等特点，由于纳米SnO2本身的结构和特点，使其具有较大的比表面及较高的活性,对其气敏、电导、光敏吸收产生巨大影响，适用于微量、低浓度气体检测等性能，可应用于气敏材料湿敏材料.经研究发现，纳米化气敏材料的气敏特性可以从比表面大小的控制机理和晶界势垒控制机理两方面提高:随着纳米粒子粒径的减小,会产生更多的晶界,晶界势垒也相应的增加,由于吸附气体而产生的势垒变化也更为明显;同时,粒径的减小使得材料的比表面积增大,表面原子数大量增加,表面原子数的增多及表面原子配位的不饱和性导致更多不饱和键,使表面吸附气体的能力大大增强,因此表面电荷层厚度受气体吸附的影响更大.目前SnO作为应用最广泛的气敏材料[11]，可对H2、CO、NO2、C2H2、H2S、2NH3、CH4、天然气等还原性、可燃性和有毒气体进行全面检测.近年来利用纳米技术制成了超细SnO2粉体，并开发出性能优良的薄膜型[12-13]、厚膜性、体型气敏元件.应用中发现SnO2粉体颗粒的大小、形状及均匀性等都直接影响到元件的灵敏度、选择性和稳定性，要得到灵敏度高的气敏元件，必须先合成粒度分布均匀、单分散性好的超细SnO2粉体[14-15]，粉体颗粒越小，比表面积越大，活性越高，对气体的吸附就越多，响应恢复时间会更短，气敏元件灵敏度也就越高.ChaonanXu[16]等发现SnO2粉末粒径低于5nm时，气敏元件灵敏度急剧增大.一般认为，半导体氧化物传感器的传感机理是吸附气体分子对半导体表面电子传导性能的调控作用.也就是：半导体氧化物的表面导电特性在气体分子吸附前后会发生显著变化（灵敏度）；吸附不同的气体分子，导电性能的改变程度不同（选择性）.由于SnO2纳米的气敏机理是表面电导模型，即当空气中的氧化气体吸附在半导体的表面，电子由半导体的表面形成电荷耗尽层，结果使半导体的电子浓度下降，电导率下降，SnO2纳米材料制备的气敏元器件的工作机制如下：当器件在洁净的空气（氧化性气氛）中加热到一定温度时，将对氧进行表面吸附，在膜表面覆盖氧负离子，这种氧负离子由于温度的不同，可以是O2,O2-,和O-.由于从材料中抽取了电子，吸附的氧在膜的表面形成空间电荷层，呈现出高电阻状态；而在还原性被测气氛中，被测气体与氧负离子发生反应，电子重新回到金属氧化物中，使晶体的吸附氧脱附，致使表面势垒降低，从而使器件的电阻降低，以此来检测气体.其中气体的机制可以分为耗尽型吸附和积累型吸附.耗尽型吸附即当气体分子接触到SnO2表面时，若气体分子（原子)的电子亲和力大于SnO2的功函数时，为了使二者的费米能级相同，吸附的气体分子会从SnO2表面俘获电子，直至平衡为止.增强型吸附即若气体分子的电子亲和力小于半导体的功函数时，电子将由吸附的气体分子处漂移到半导体表面.半导体表面将聚集多余的电子，造成半导体表面的导电性增加.导致半导体表面电荷耗尽层的消失或减少，半导体电子浓度增加，电导率上升，因此可以根据传导器电导的变化来检测环境中的各种气体.对气体传感器的研究表明，金属氧化物半导体材料SnO2已趋于成熟化，特别是在CO2，C2H5OH，CO等气体检测方面，为了进一步提高其性能，这方面的工作主要是利用化学修饰改性方法，对现有气敏感膜材料进行掺杂、改性和表面修饰等处理，并对成膜工艺进行改进和优化，提高气体传感器的稳定性和选择性.在影响气敏性方面有多种因素方面上，掺杂效应的影响最为显著.研究发现制成的气敏元件的灵敏度、稳定性和选择性，可尝试掺杂为了更好的提高SnO2过渡金属阳离子（Fe3+、Cu2+、Ni2+等)[17-20]和贵金属（Pt、Pd、Ag、Sb、In、V 等)[21].耿丽娜等[22]采用水热法、苯胺原位聚合法制备了聚苯胺/二氧化锡(PAn/SnO2)杂化材料，结果表明苯胺单体在SnO的表面发生原位聚合，得到壳型PAn/SnO22杂化材料.气敏性试验发现，当测试温度升高到90℃时，PAn/SnO2杂化材料对乙醇气体表现出较好的选择性，并且响应、恢复时间短，可逆性好，适于在较宽浓度范围内对乙醇气体进行检测.邓等[23]发现在SnO2中掺入V2O5可改变元件的电阻，提高稳定性.V2O5含量为0.56wt%时电阻最小.掺碱土金属氧化物的SnO2薄膜元件提高了对乙醇的灵敏度，而对苯、丁烷、液化气、氨气、煤气几乎不敏感，对元件的增敏顺序与碱土金属氧化物的活性顺序一致：MgO>CaO>SrO>BaO.贾维国[24]等通过控制SbCl3的掺杂量来改变SnO2薄膜的电阻率，当Sb的含量达到10%时，电阻率达到极小值.Liu等[25]硅片为基片,分别得到了钯、锑、铂铟掺杂的氧化锡薄膜.结果表明,少量掺入这些金属并没有改变SnO2的粒径,但是少量锑的掺入,增加了氧化锡的费米能级,铟和钯的掺杂降低了SnO2的费米能级,而铂的掺入对SnO2的费米能级值没有影响;氢气吸附到薄膜上,不仅改变了锑和钯的化学价态,而且还改变了SnO2的电子结构.方等[26]发现Fe3+的加入对样品晶型的影响，即水热法可以直接制备Fe3+改性的金红石SnO2纳米颗粒,Fe3+进入SnO2的晶格之中形成固溶体.纳米颗粒为单分散状态,具有较大的比表面积,粒径分布均匀,粒径小于10nm;随着Fe3+添加量的增大,样品的粒径减小，样品的比表面积增大,当Fe3+添加量为15%时,样品的比表面积达到259.8m2·g-1.进一步证明,Fe3+的加入有效地抑制了颗粒的长大.添加Fe3+所提高的比表面积对于SnO2的Fe3+气敏性能是非常有利的.Masayoshi Yuasa等[27]通过光化学沉积法将PdCl42-将钯负载在SnO2表面改变其气敏性.研究发现当钯浓度为0.12%mol时SnO2的气敏性最强.和等[28]采用超声波喷雾技术，以SnCl4·5H2O和CO(NH2)2为前驱原料制备了氧化锡以及Ce稀土离子掺杂纳米粉体．结果表明，制备的SnO2粒子呈球状，尺寸在10～20nm，纳米颗粒均匀，分散性好．以该粉体为基础制备的相应气敏元件测试表明，纳米SnO2半导体气敏元件对NO2气体有着良好的响应－恢复特性，并且具有较高的灵敏度和较低的工作温度.稀土元素的掺杂一方面可以起到稳定剂的作用，另一方面起活化中心的作用，从而进一步增强元件的气敏特性，掺杂少量稀土元素铈能明显提高纳米SnO2粉体的气敏性能.除掺杂效应对气体传感器单一的影响外，我们还可通过改变掺杂物的量，空气的质量改善气体传感器方面的气敏性.Hae-Ryong Kim等[29]通过在SnO2中掺杂NiO后的他们发现如下图图1取自[29]图1为纯的SnO2，0.64NiO- SnO2的和1.27NiO- SnO2的分层球在干燥气氛（空心符号）和25％相对湿度（rh）（实心符号）的气敏性，（气体：50ppm的CO）.a1-a4分别为纯SnO2的分层传感器：气体响应（Ra/Rg中）（a1）中，90％的响应时间（τres）（a2）中，90％的恢复时间（τrecov）（a3）中，在空气中的电阻（Ra）（a4）.b1〜b4分别为0.64NiO-的SnO2分层传感器：Ra / Rg中（b1）中，τres（b2）中，τrecov（b3）中，和Ra（b4）.C1-C4分别为1.27NiO-的SnO2分层传感器：Ra/Rg（c1）中，τres（c2）中，τrecov（c3）中，和Ra（c4）中.图2取自[29]图2为50ppm下的CO暴露在干燥的空气中（a）和4％的湿空气（b）的1小时的期间的吸收光谱.其中非特异性吸光的较大改变仅对纯物质可见.在传感器的应用方面，叶晨圣等[30]发现利用热处理过的二氧化锡纳米粒子对甲醇、乙醇和丙醇有很好的探测灵敏度，最低的探测浓度能达到1.7ppm.另外对不同碳链的醇类和探测讯号间有很好的关联性.图3取自[30]图3为合成的二氧化锡(a)和热处理过的的二氧化锡(b)在220˚C下对乙醇的灵敏度进行测试.(A)对25ppm的乙醇进行再现性实验;(B)不同乙醇浓度(1.7-500ppm)的灵敏度变化.表1取自[30]表1为热处理过的二氧化锡纳米粒子在220˚C下测试甲醇、乙醇和丙醇在不同浓度(1.7ppm到500ppm)的灵敏度，*NA表示未探测.综上可知，今后就水热法制备金属离子或贵金属改性的SnO2纳米颗粒的气敏性能以及光电性能等方面进行研究将是一个新的方向.直接制备有金属或金属氧化物负载的SnO2纳米颗粒对改善晶体气敏性方面有显著的影响.3展望在晶体制备方面，可以通过改变反应条件，添加不同的有机溶剂来制备颗粒较小、更加稳定、比表面积较大的SnO2晶体，如添加其他醇类，或醇类衍生物来改变晶体团聚的方法将是改变粒径的一个新方向.我们还可以通过多种方法结合制作更为需要的晶体，如De liang Chen[31]等则利用微乳液法与水热法相结合的方法在SnCl4·5H2O中加入戊醇、正己烷、CTAB、尿素以及乙醇，在较温和的条件下制备了晶粒尺寸为几纳米的SnO：粉体，其晶粒分布范围只有3nm.从半导体气敏传感器的发展情况看，气敏材料的选择性问题，传感器的稳定性问题，与纳米SnO2性能不稳定和粒径较大有关，因此改善SnO2的粒径和稳定性还是当今研究方向的重要内容，同时气敏材料向多功能、薄膜化、集成化、小型化和智能化发展，也要从SnO2性能方面入手.因此，以后的研究开发中纳米技术和薄膜技术将成为主要方向，如果解决了稳定性问题，那成本低、响应时间短、灵敏度高的SnO2薄膜材料将有很大的发展前景.在纳米SnO2合成、制备中我们可以更多采用表面修饰技术，掺杂技术以改善气敏元件的性能.完善机械化学法制备SnO2纳米晶的装备和工艺，进一步提高纳米晶材料纯度和粒径的稳定性，提高产率.如在增大比表面积来改善气敏性方面可将单层SnO纳米片转换成多层SnO2纳米片[32]，这种方法简单，容易制作，使其在制造高灵敏度的SnO2占巨大优势.参考文献:[1]Hell egouarch F,Arefi-Khonsari F,et al.Sensors and Actuators B,2001,73:27[2]Laudise RA,KolbED,Key PL,In:Somiya S.edat.the first inter.Symp.Proc.onHydrothermal Reactions[C].Japan,1982:527-530.[3]陈祖耀，胡俊宝等.低温等离子体化学法制备SnO2超微粒子粉末[J].硅酸盐学报，1986,14(3):326-331.[4]李燕.醇水溶液加热法制备SnO2纳米粉[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2000,8(2):66-68[5]Chen D L，Gao L Facile synthesis is of single-crystal tin oxide nanorodswith tuable dimensions via hydrothermalprocess[J].Chen.Phys.Lett,2004,398(1-3):201-206.[6] 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sno2(氧化锡)半导体气敏传感器原理sno2(氧化锡)半导体气敏传感器原理引言•介绍半导体气敏传感器在实际应用中的重要性以及sno2(氧化锡)半导体气敏传感器的原理什么是气敏传感器？•解释气敏传感器的定义和作用•引出sno2(氧化锡)半导体气敏传感器是其中一种常用类型sno2(氧化锡)半导体气敏传感器的工作原理•回顾半导体材料的基本特性和半导体气敏传感器的基本工作原理•分析sno2(氧化锡)半导体的特殊性质氧化锡的敏感性•探讨sno2(氧化锡)对特定气体的敏感性和响应机制•详解氧化锡与气体分子之间的相互作用过程sno2(氧化锡)半导体气敏传感器的结构和制备•介绍sno2(氧化锡)半导体气敏传感器的常见结构和制备方法•分析不同结构和制备方法对传感器性能的影响sno2(氧化锡)半导体气敏传感器的应用领域•概述sno2(氧化锡)半导体气敏传感器在环境监测、工业生产等领域的应用情况•强调其高敏感性、快速响应和低成本的优势结论•总结sno2(氧化锡)半导体气敏传感器原理的重要性和应用前景•强调进一步研究和改进的必要性注意：以上仅为文章的框架，实际编写时可以根据具体需要增加、删减或调整各部分内容。
sno2(氧化锡)半导体气敏传感器原理引言•半导体气敏传感器在实际应用中起着重要作用，可用于环境监测、工业生产等领域•sno2(氧化锡)半导体气敏传感器是一种常用的半导体气敏传感器什么是气敏传感器？•气敏传感器是一种用于检测特定气体浓度的传感器•它能根据气体浓度的变化，改变自身电学性质，从而实现对气体的检测和测量sno2(氧化锡)半导体气敏传感器的工作原理•半导体气敏传感器利用半导体材料的特性，当暴露在特定气体中时，其电学性质会发生变化•sno2(氧化锡)半导体气敏传感器采用氧化锡作为敏感材料，在不同的气体环境中表现出不同的电学特性氧化锡的敏感性•氧化锡具有良好的氧化性和高的表面积，使其与许多气体之间产生相互作用•当氧化锡暴露在特定气体中时，气体分子会与氧化锡表面发生反应，导致氧化锡电学性质的变化•这种变化可通过电学测量，并转化为气体浓度的信号sno2(氧化锡)半导体气敏传感器的结构和制备•sno2(氧化锡)半导体气敏传感器通常由敏感层、电极和基底组成•敏感层是由氧化锡薄膜构成，可通过溶液沉积、物理蒸发等方法进行制备•电极用于连接传感器和电路，基底提供支撑和固定的功能sno2(氧化锡)半导体气敏传感器的应用领域•sno2(氧化锡)半导体气敏传感器在环境监测、工业生产等领域有广泛应用•它具有高灵敏度、快速响应、低成本等优点，适用于检测各种有害气体和化学品结论•sno2(氧化锡)半导体气敏传感器原理对于气体检测和测量具有重要意义•进一步研究和改进sno2(氧化锡)半导体气敏传感器的性能，有助于提升其应用效果和范围注意：以上仅为文章的框架，实际编写时可以根据具体需要增加、删减或调整各部分内容。
《静电纺丝法制备SnO2基纳米管及其气敏特性研究》篇一一、引言随着纳米科技的快速发展，SnO2基纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域中得到了广泛的应用。
其中，SnO2基纳米管因其高比表面积、良好的气体吸附性能和优异的电学性能，在气敏传感器领域具有巨大的应用潜力。
静电纺丝法作为一种制备纳米材料的有效方法，为制备SnO2基纳米管提供了新的途径。
本文旨在研究静电纺丝法制备SnO2基纳米管及其气敏特性的相关内容。
二、静电纺丝法制备SnO2基纳米管静电纺丝法是一种通过高压静电场使聚合物溶液或熔体形成带电喷射流，再经过电场力、表面张力和溶剂挥发等作用，最终在接收装置上形成纳米纤维的技术。
利用这一技术，我们可以成功制备出SnO2基纳米管。
实验过程中，首先需要配置适宜的SnO2前驱体溶液，通过调整溶液的浓度、pH值、添加剂种类和含量等参数，优化纺丝过程。
然后，将前驱体溶液装入静电纺丝装置的注射器中，施加高压静电场，使溶液形成带电喷射流。
在喷射流经过一定距离后，溶剂挥发，最终在接收装置上形成SnO2基纳米管。
三、SnO2基纳米管的表征与分析制备出的SnO2基纳米管需要进行表征与分析，以确定其结构、形貌和性能。
通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察其形貌和微观结构，利用X射线衍射（XRD）和拉曼光谱等技术分析其晶体结构。
此外，还需要测试其气敏性能，包括响应速度、灵敏度、选择性和稳定性等。
四、SnO2基纳米管的气敏特性研究SnO2基纳米管因其高比表面积和良好的气体吸附性能，在气敏传感器领域具有优异的表现。
我们通过静态配气法测试了SnO2基纳米管对不同气体的响应特性。
实验结果表明，该纳米管对某些气体具有较高的灵敏度和快速的响应速度。
此外，我们还研究了其选择性、稳定性和重复性等性能。
五、结论通过静电纺丝法成功制备了SnO2基纳米管，并对其结构、形貌和气敏特性进行了研究。
实验结果表明，该纳米管具有高比表面积、良好的气体吸附性能和优异的电学性能。
半导体气敏传感器用纳米SnO2的制备及表征第一章绪论1.1 CNTs和SnO2的研究背景CNTs具有很多优异而独特的电学、磁学、力学和光学性质，使其在结构增强，纳米电子器件、场发射、储氢、传感器等众多领域得到广泛的应用，成为世界科学研究的热点．CNTs具有中空结构和大的比表面积，对气体有很强的吸附能力，由于吸附的气体分子与CNTs相互作用，因而改变了它的费米能级，进而引起宏观电阻发生较大的改变，通过对电阻变化的测定即可检测气体的成分，因此，CNTs可用来制作气敏传感器．1.1.1 CNTs的发现和研究应用自从1991年日本电镜专家lijima意外发现CNTs以来，由于其具有独特的结构和优异的力学、电学、热学、储氢和场发射等性能，可望在场发射显示器件、纳米电子器件、超强度复合材料、储氢材料等诸多领域得到应用。
特别是CNTs管径为纳米级，长径比可达1000以上，比表面大且其抗拉强度是钢的10倍，碳纤维的200倍，而密度仅为钢的1/6，具有很好的柔韧性，被认为是制备纳米复合材料较理想的增强材料之一。
1.1.2 SnO2的特性和应用前景纳米SnO2是一种典型的ｎ型半导体材料，其Eg＝3.6 eV（300 K），具有优良的光电性能和气敏性能，在气敏元件、湿敏元件、薄膜电阻器、光电子器件、吸波材料、电极材料及太阳能电池等方面有着广泛的应用前景。
SnO2是一种广谱型的气敏材料。
当n型半导体SnO2器件放置于空气中时，表面会发生一系列反应，如活性点的吸附反应、催化反应及颗粒边界或三相界面的相反应。
氧与水分吸附在半导体表面时，从半导体表面获得电子，形成负电荷。
1.2 SnO2材料在气敏传感器中的应用在日益发展的现代社会里，工业废气、汽车尾气、家庭液化石油气、煤气、天然气的使用，不仅严重污染大气，破坏生态环境,而且有产生爆炸、火灾、使人中毒的危险，危害人类身体健康，因此对各种有害气体的预报、监测、报警受到广泛重视。
Material is the basis of human civilization, and the rapid development of modern high-tech presents much higher requirements on the performance of the material. The material's performance depends not only on its chemical composition and its structure, but also closely on the macro to the micro hierarchical structure. The materials of the same composition and different structures often exhibit different performance and characteristics. Therefore, materials grade structures and couple effects between the performance of emerging and concerns about the current field of materials science-research areas. The structure and performances of existing materials is designed and fabricated with the new superiority of the hierarchical structure of materials. In the material grading, which is the designed study of the structure, nature has given us a lot of good examples and profound inspiration. In the long-term evolutionary process, the nature of biological classification of a variety of complex fine structure has organised the most economical and optimal way to build and combine them to maintain their survival, growth structure and group points. Meanwhile, the grading of fine structure and the materials which are coupled with each other, have shown us the structure. In the design of the material hierarchical structure, nature has given us many excellent examples of profound inspiration. In the long-term evolutionary process, the nature of biological classification of a variety of complex fine structures. Organisms for the most economical and optimal way to build a combination to maintain their survival, growth, structure and composition. At the same time, the grading of fine structure, and materials coupled with each other, showing the integration of structures and functions. Scientists are always amazed by the biological materials evolved millions of years, which are characterized by unique structures and morphologies. These materials possessed the integrated functions with the hierarchical microstructures which are coupled with the components. Occurred on earth in Tertiary period 25 MYA (around million years ago), the butterfly family possesses the largest number of species (about 100,000 species), which also have the most complicated hierarchical microstructures on their wings. A butterfly's wing is a unique visual exhibition, not only of the aesthetics of nature, but also of the machinery of evolution and of inspiration of research. They are made of scales which are quite small and form two or more layers over the wing membrane.Generated by the increasing concern over environmental monitors and safety demands in the industrial and domestic sectors, metal oxide semiconductor (MOS) are based on gas sensors which have been under extensive investigation[1–3]. The gas sensing process, generally involving the surface reaction between the target gas and the adsorbed oxygen on the surface of the sensor, is significantly affected by the grain size, specific area, porosity, morphology and so on[4]. Nano-scaled MOS have been widely used as potential building blocks of sensing films, owing to the high specific surface area that could hold more active sites for the surface reactions. Among the large number of MOS, SnO2 with the large band gap, has been the most typical and promising choice for a MOS based gas sensor. In this work, wine fascinated a sol–gel soakage process followed by calcination for the well-organized porous hierarchical SnO2, which is on the basis of natural butterfly wings pre-wetted by an ethanol solvent as templates. With well-organized porous hierarchical architectures, the biomorphic SnO2exhibit good sensing properties and is expected to have potential applications in gas.In gas sensors, Pd metal is widely used as catalysts, which is high-trillion-fen [11] using DC sputtering and slurry coating method to prepare SnO2Gas sensors in the oxygen at moisture by DC sputtering of SnO2 component with Pd doping, as well as to compare the sensitivity of different preparation methods of the component. The result has shown that: thePd doping to improve the sensitivity of SnO2 components, particularly the sensitivity to different gases at low temperatures (100-250°C). The Diechi experiment on the structural template, which is using the sol-gel preparation, has a hierarchical structure of the Pd-SnO2 minicomputer. We study the formation process of the composites, namely Diechi template of Pd and SnO2 nonstructural formation occurred during the reaction; the final product of the material composition and structure were characterized, which is to say, Pd and SnO2 nano-structured phase the complex status of the material’size, porosity, hierarchical structure of information. By using the gas sensing properties of the sample preparation, analytical testing, and gas sensing properties we could evaluate the sensitivity, selectivity, response speed and operating temperature to analyze the relationship between the material composition and structure of the gas sensitivity.The main contents and results are as follows:(1)The process of handle the butterfly wingsFinding the reference concerning the previous experimental experience and the instructor suggested that processing of butterflies using the method of washing with ethanol, show that there’s no effect on the experiment. Laboratory reagents and equipment during the experiment are listed as followed: Ethanol, 25cm diameter pewter dish, tweezers, butterfly with the name of Ba Li Cuifeng butterfly and the reagent Ba. Ba Li Cuifeng butterfly contains two scales, respectively, the structure indicated by color scales of the white circle and black circle which indicate the black scales. A positive stain area of the hind wings, structure, color scales, and black scales and white arranged in the region of scattered points is embedded in a continuous arrangement of structural color scales which are sparse black scales. Dutch the back of all the black scales, the black scales ridge between the distribution of the holes of a few hundred nanometers, such structure is conducive to the multiple scattering of light in which the scales look more black. Ridge spacing of structural color scales larger (the length is about 10 μm) and the ridge between the special structure of the ridge and ridge plane with a pattern on the plane. There are some protrusions. The approach is: Take the butterfly wings to soak in ethanol for 5min, and then remove the file in a dish, and dry 30min at room temperature.(2) Sample PreparationButterfly wings as a template for the use of Pd2 +and Sn2+‘s solution precursor, the use of boiling reflux method takes as the preparation of the precursor solution, and after the reaction, Diechi is dipped into under certain conditions, as well as the composite of the final system.Experimental methods are as followed:fisrtly, taking 1g dihydrate stannous chloride and dissolve it in the 100ml anhydrousethanol in the oil bath which is heated up to boiling at 130°C under the conditions and then keep the solution at the boiling point under reflux lasting about 10h. When the backflow end and then put 0.3g PdCl2 powder into the solvents, dissolved in ethanol solution of SnCl2, and then reflux 10h at 90°C. And then icing the templet at room temperature for 24h, in which the system required precursor sol. Then treat butterfly wings dipping in the precursor sol system, in order to make it in the Sol system, as well as make Diechi tile surface in the petition. Impregnated 14h after Diechire moved, wash with distilled water, and then ventilated drying oven drying 60°C for about 60min; remove after Diechi in the calcination conditions of 550°C for 90min,then sintering at high temperature in the furnace, then it’s easy to find that the temperature has risen at the speed of 2°C / min. At 550°C for 90min after the end, the calcined under the insulation can collect the final product.(3)CharacterizationThe x-ray diffraction (XRD) measurement was taken on a Bruker-AXS instrument operating at a voltage of 35 kV and a current of 200 mA with Cu Kα radiation (λ = 1.5406Å). Field-emission scan by the electron at the scale of microscopy images (FESEM) and energy-dispersive X-ray spectrometer data (EDX) were obtained on a FEI Sirion 200 field emission gun which is for scanning electron microscopy. Transmission electron micrographs(TEM), high-resolution transmission electron micrographs (HRTEM) and selected area electron diffraction (SAED) patterns were obtained on a JEOL JEM- 2100F instrument. Nitrogen adsorption and desorption isotherms were measured at 77 K on a Micromeritics ASAP 2020 volumetric adsorption analyzer(4)ResultsThe exquisite porous hierarchical architecture evolved in nature was faithfully reproduced by MOS of SnO2. It was realized by firstly depositing that a thin, conformal and continuous coating on super-hydrophobic butterfly wings lives through an aqueous sol–gel soakage process with the assistance of anhydrous ethanol. By subsequent calcination treatment for templates removal, the well-organized porous hierarchical architecture of the butterfly wing was simultaneously perfectly inherited from the nano-scales to macro-scales. On the basis of the assembly of SnO2 nanocrystallites, also the interconnected tubes (lamellas), fastigiate hollow tubers (pillars) and the double-layered substrates constructed together with a well-organized porous hierarchical architecture with connective hollow interiors and thin mecopterous walls. Resulting from the small grain size and the well-organized porous hierarchical architecture, the biomorphic SnO2shows outstanding ethanol sensing properties, which possess high sensitivity (49.8 to 50 bpm ethanol) and short response/recovery time (11/31 s to 50 bpm ethanol) at a relatively low working temperature (170°C ), which is remarkable among MOS materials. The sample preparation method and the enhanced properties derived from the unique hierarchical architecture are of great significance in the synthesis and applications of functional ministerial.。
