摘要
近年来，金属氧化物半导体由于成本低、结构简单且灵敏度高在气体传感器领域获得广泛关注。纳米材料因为特殊的表面性质成为现代材料科学的研究热点，气体传感器研究中，越来越多的氧化物半导体纳米材料被用于气体传感器的敏感材料，以获得更好的气敏性能。模板法是常见的制备特殊形貌氧化物半导体纳米材料的方法之一，目前已经用模板法制备了纳米空心球、纳米管等具有高比表面积的材料，纳米纤维素具有独特的网络状结构，易于去除且绿色无毒，是一种特殊的生物模板。 本论文以制备SnO2纳米材料为主要研究内容，利用细菌纤维素和纳米晶纤维素两种纳米纤维素为模板，热处理后获得了超细纳米晶粒组成的多孔SnO2材料，表现出优良的丙酮气体传感性能。后续通过掺杂稀土元素的方法改进传感器气敏性能。具体研究内容如下： 以细菌纤维素为模板，通过简单的溶胶-凝胶法制备了SnO2纳米材料，SnO2能够保持细菌纤维素的三维多孔网络状结构，气敏测试结果表明，材料表现出优异的丙酮气体传感性能。通过调控煅烧温度发现，随着煅烧温度的增加，样品晶粒尺寸增加，比表面积和孔体积减小，样品对丙酮气体响应逐渐降低，其中500℃煅烧制备的SnO2纳米材料比表面积为64.7m2/g，气敏性能最佳，在180℃下对10ppm丙酮气体响应可达15.80。 以纳米晶纤维素为模板，通过简单的溶胶-凝胶法制备了多孔结构的SnO2纳米材料，材料展现出优异的丙酮气体传感性能，对10ppm丙酮气体响应可达18.10。为了改进材料气敏性能，合成了Ce掺杂浓度分别为1wt%、3wt%和5wt%的SnO2纳米材料。气敏测试结果表明，掺杂浓度为3wt%的SnO2:Ce气体传感器对丙酮气体的传感性能提升最明显，在170℃工作温度下对10ppm丙酮气体响应为27.91，最低检测浓度可达2ppm，最后根据电子耗尽层理论和氧空位的变化解释了气敏机制。
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