近年来, 一维半导体纳米材料的合成及其纳米尺度光电子器件的设计与制造已成为当前纳米科学与技术的前沿领域。Sn O2是一种非常重要的宽禁带 (3.6e V) 透明半导体材料, 具有许多独特的光学和电学性质, 在化学、生物传感、太阳能电池、光催化、执行器、光电子器件和平板显示等领域具有广泛的应用。自从2001年首次制备出Sn O2等氧化物纳米带以来, 人们通过热蒸发 (TE) 、化学气相沉积 (CVD) 、金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 、激光烧蚀法 (LA) 和湿化学法制备出了各种各样一维Sn O2纳米结构材料, 其中有纳米棒[1]、纳米线[2]、鸟嘴状纳米棒[3]、纳米带、Z-结构纳米带[4]、纳米管、纳米弹簧、纳米环、纳米棒阵列以及复杂的分级结构[5]。同时, 科学家们还测试Sn O2纳米棒、纳米线和纳米带制备出了场效应晶体管、化学传感器。研究了纳米线、纳米带、鸟嘴状纳米棒、纳米草等结构的场发射特性, 以及一维结构的氧化锡其他各种性能。然而, 迄今未见一维结构Sn O2纳米锥阵列的气敏性质报道。一维结构Sn O2纳米锥阵列具有很大的比表面积, 因此, 研究高密度, 小尺寸, 具有尖端结构的一维Sn O2纳米锥阵列具有很大的科学意义。
1 实验方法
称量0.15g Sn Cl2.2H2O和1.8g Zn Cl2, 将其压碎混合均匀后倒入坩埚。取2×2.5cm2的FTO导电玻璃, 分别在去离子水, 丙酮和乙醇中超声30分钟, 把处理好的FTO导电玻璃竖直的卡入坩埚中。然后将坩埚放置于马弗炉的中央, 开始加热。反应以10oC/min的加热从室温加热到600oC, 保温1h, 反应结束时温度自然冷却到室温。取出衬底, 在FTO导电玻璃上会生长出一层白色的产物[6]。
2 实验结果
图1是样品的扫描电镜照片和XRD。如图1a所示, 样品是大面积生长在导电基质上, 具有明显的锥形结构。在图1b中, 2 Theta值为26.8o、33.9o、38.1o、51.8o、57.8o处的衍射峰同四方相结构Sn O2的 (110) 、 (101) 、 (200) 、 (211) 和 (002) 晶面的衍射峰相对应 (JCPDS No.41-1445) , 说明合成的样品为纯的Sn O2。
3 一维结构二氧化锡气纳米锥阵列气敏性能
图2a, 2b分别是样品在350℃下对不同浓度丙酮和乙醇蒸气响应-恢复曲线。当不同浓度的气体注射到测试室时, 输出电阻 (Rout put) 快速减小, 当测试气体释放后, 又快速恢复到初始值。这种情况与n-型半导体传感器的气敏特性相符合。输出电阻的减小数值 (△R) 随着气体浓度的增加而增加。经过多次在测试气体和空气之间的循环后, 输出电阻值还是能够恢复到其初始值, 这表明该传感器具有良好的可逆性。样品传感器对丙酮和乙醇的响应时间分别约为1-2 s和1-3 s, 恢复时间分别约为2-35 s和2-4 s。
4 结语
由于竖直一维结构的构造优势, 我们对一维结构氧化锡纳米锥阵列进行了气敏性能的测试。发现一维结构氧化锡气纳米锥阵列对于丙酮和乙醇显示出了良好的响应, 对于研究氧化锡纳米材料的气敏性能以及研究结构和性能之间的关系, 有着一定的价值。
摘要：本文基于通过化学气相沉积法在导电基质上合成一维结构的氧化锡 (SnO2) 纳米锥阵列, 测试了一维结构氧化锡 (SnO2) 纳米锥阵列的气敏性质。结果表明, 这种结构的氧化锡 (SnO2) 纳米锥阵列, 由于其优良的构造, 对于不同浓度的丙酮、乙醇等气体有着良好的响应, 是一种具有良好的气敏性能的半导体材料, 有着很大的研究价值。
关键词：二氧化锡 (SnO2) ,纳米锥阵列,气敏性能
参考文献
[1] Cheng B, Russell J M, Shi, Zhang L and Samulski E T 2004J.Am.Chem.Soc.126 5972-3.
[2] Li L J, Zong F J, Cui X D, Ma H L, Wu X H, Zhang Q D, Wang Y L, Yang F, Zhao J Z 2007 Mater.Lett.61 4152–5.
[3] He J H, Wu T H, Hsin C L, Li K M, Chen L J, Chueh Y L Chou L J and Wang Z L 2006 Small 2 116-20.
[4] Junhong Duan, Shaoguang Yang and etc.J.Am.Chem Soc., 2005, 127 (17) , 6180-6181.
[5] Qingyan Wang, Ke Yu and Feng Xu Solid State Communications 143 (2007) 260–263.
[6] Xiaobo li, xuewen wang and etc.ACS Appl.Mater.Interfaces 2013, 5, 3033-3041.