（无机化学专业论文）in2o3纳米材料的制备、掺杂及气敏性能研究.pdf

n萝 弋 a 摘要 i l l 2 0 3 是一种n 型半导体气敏材料，具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率和较高的 催化活性等特点，可广泛用于光电领域，如太阳能电池、液晶设备、气体传感器等。因 此，i n 2 0 3 纳米材料的研究与开发已成为热门课题。i n 2 0 3 纳米材料气体传感器可应用到 许多方面，如农业、生物工艺过程，建筑业，环境保护行业等。 本研究采用几种不同方法分别制备出i l l 2 0 3 纳米粉体，利用x r d 对产品的物相进行 了分析；用s e m 与t e m 对粉体晶粒的形貌和粒径进行了观察；研究了不同工作温度、 气体浓度对材料气敏性能的影响。实验结果表明：室温固相合成法、化学共沉淀法和水 热法制备的粉体的形貌为棒状。均匀沉淀法制备的i n 2 0 3 气敏元件对c 1 2 具有最佳的灵 敏度，1 1 0 c 工作温度下对1 0 0 p p m c l 2 的灵敏度高达1 1 7 5 ，且具有选择性好，响应一恢复 时间短等特性。 实验对水热法进行了深入探讨，分别对聚乙二醇( p e g ) 4 0 0 6 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 和e o ( t e x t l o ) 系列进行了详细研究。结果发现，加入p e g - - 6 0 0 ，采用水热法可以一步制备出 i n 2 0 3 纳米棒，棒的平均长度约1 5 0 n m ，直径约2 0 n m ，分布均匀。该材料在1 7 5 的工 作温度下对l o p p m n 0 2 气体的灵敏度高达3 2 2 ，并且具有选择性好、响应一恢复时间短 等特性。以t e x t l 0 1 3 8 为表面活性剂，采用水热法一步制备出了i i l 2 0 3 纳米带，平均长度 约2 0 0 n m ，直径约1 0 n m ，该材料在2 9 0 。c 的工作温度下对l o p p m c l 2 气体的灵敏度高达 1 0 6 ，响应时问为8 s ，恢复时间为l s 。 为了提高i i l 2 0 3 气敏材料的灵敏度，掺杂是一种行之有效的方法。文章采用金属元 素f e 、c o 、n i 对水热法制备的i n 2 0 3 进行了掺杂。结果表明，掺杂后，元件对c 1 2 和 n 0 2 的灵敏度显著增加。7 ( w t ，下同) f e f n 0 3 ) 3 掺杂i n 2 0 3 样品制得的气敏元件，灵敏 度最高；5 c o ( n 0 3 ) 2 掺杂和7 n i ( n 0 3 ) 2 掺杂的元件，灵敏度也最高。以n i ( n 0 3 ) 3 掺杂 为例，当掺杂量为7 时，元件在3 5 0 工作温度下，对l o o p p m c l 2 的灵敏度为8 4 3 1 ， 对1 0 p p m c l 2 的灵敏度也可以达到2 8 5 。且具有选择性好，响应一恢复时间短等特性。 同时采用稀土元素l a 、c e 、p r 、n d 分别对水热法制备的i l l 2 0 3 进行掺杂。结果表 明，掺杂后，元件对c 1 2 和n 0 2 的灵敏度显著增加。7 l a ( n 0 3 ) 3 掺杂的蚍0 3 样品制得 的气敏元件，灵敏度最高；3 c e ( n 0 3 ) 3 、7 p r 6 0 l l 、7 n d ( n 0 3 ) 3 掺杂制备的元件也分 别达到灵敏度最高。以l a ( n 0 3 ) 3 掺杂为例，当掺杂量为7 时，元件在l1 0 。c 低温下， 对1 0 0 p p m c l 2 的灵敏度高达1 6 6 5 6 6 7 ，且具有选择性好，响应一恢复时间短等特性。 关键词：h a 2 0 3 ，表面活性剂，水热法，掺杂 ， _ 。 i k 。 妒 - f r - - a b s t r a c t i n d i u mo x i d e ( i n 2 0 3 ) i sa l ln - t y p es e m i c o n d u c t o rt h a ts h o w staw i d eb a n d g a pa n dal o wr e s i s t a n c e a n dg o o dc a t a l y s i s i n 2 0 3n a n o m e t e rm a t e r i a l s i sa ni n t e r e s t i n gm a t e r i a l 谢t l le x c e l l e n tp r o p e r t i e si n a p p l i c a t i o n ss u c ha ss o l a rc e l l s ，l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y s ，g a ss e n s o r ，n o w a d a y s ，z i n cb a s e dc o m p o s i t eo x i d e s m a t e r i a l sh a v eb e c o m eah o tt o p i ci nr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t c o m p o s i t eo x i d eg a ss e n s o rc a nb ea p p l i e d t om a n ya s p e c t s ，s u c ha sa 鲥c u l t u r e ，b i o l o g i c a lp r o c e s s ，c o n s t r u c t i o n ，a n ds oo n i n 2 0 3n a n o - p o w d e rw a sp r e p a r e db ys e v e r a lm e t h o d s i t ss i z e ，p h a s ea n dm o r p h o l o g yw e r ea n a l y z e d b yx r d ，s e ma n dt e m t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em o r p h o l o g yo ft h ei n 2 0 3p r e p a r e db yt h er o o m t e m p e r a t u r es o l i d - p h a s es y n t h e s i s ，h y d r o t h e l m a lm e t h o da n dc h e m i c a lc o - p r e c i p i t a t i o nm e t h o dw e r e n a n o r o d s t h eg a s - s e n s i n gp r o p e r t i e so ft h em a t e r i a l sw e r et e s t e di ns t a t i cs t a t e t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e i l l 2 0 3n a n o - p o w d e rh a sh i g hs e n s i t i v i t y t o c 1 2 t h ei n 2 0 3n a n o - p o w d e rp r e p a r e db y h o m o g e n e o u s - p r e c i p i t a t i o nm e t h o dh a sah j i g h e s ts e n s i t i v i t ya sh i g ha s l17 5t o10 0 p p mc 1 2a tl o w e r w o r k i n gt e m p e r a t u r e1i o 。c t h es e n s o rb a s e do ni n 2 0 3a l s oh a ss a t i s f a c t o r ys e l e c t i v i t y , q u i c k l yr e s p o n s e a n ds h o r tr e c o v e rt i m e i n 2 0 3n a n o - p o w d e rw a sp r e p a r e db yh y d r o t h e r m a lm e t h o d sw i t hp o l y e t h y l e n eg l y c o l ( p e g ) 4 0 0 6 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0a n ds e r i e so fe o ( t e x t l o ) t h er e s u l t ss h o wi n 2 0 3n a n o r o d sc a ns u c c e s s f u l l yp r e p a r e d b yao n e - s t e ph y d r o t h e r m a lm e t h o d 谢t hp e g - 6 0 0 h 2 0 3n a n o b e l t sw e r es u c c e s s f u l l ys y n t h e s i z e db ya o n e s t e ph y d r o t h e r m a lm e t h o d t h ea v e r a g el e n g t ho ft h en a n o r o d sr e a c h e s15 0n m ，a n dt h ew i d t h2 0n m ， g i v i n ga na s p e c tr a t i oo faf e wh u n d r e d s t h ei n 2 0 3s e n s o rh a sah i g hs e n s i t i v i t yu pt o3 2 2t ol0p p mn 0 2 a tl o w e rw o r k i n gt e m p e r a t u r e17 5 * c t h es e n s o rb a s e do ni n 2 0 3a l s oh a ss a t i s f a c t o r ys e l e c t i v i t y , q u i c k l y r e s p o n s ea n dr e c o v e rt i m e s u s i n gt e x t l o13 8 勰s u r f a c t a n t i n 2 0 3n a n o b e l t sw e r es y n t h e s i z e db ya o n e - s t e ph y d r o t h e r m a lm e t h o d t h ea v e r a g el e n g t ho ft h en a n o b e l t sr e a c h e s2 0 0m n ，a n d t h ew i d t hl on n l t h er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a tt h ei n 2 0 3s e n s o rh a sah i g hs e n s i t i v i t yu pt ol0 6t ol0p p mc 1 2a tt h e w o r k i n gt e m p e r a t u r e2 9 0 c t h er e s p o n s et i m et o1 0p p mc 1 2w a sa b o u t8 s ，a n dt h er e c o v e r yt i m ew a s a b o u tl s i i i 氛0 i no r d e rt oi m p r o v et h es e n s i t i v i t yo fh 2 0 3 ，d o p i n gi sa ne f f e c t i v ew a y i nt h i sw o r k ，m e t a le l e m e n t s w e r ed o p e dt oi n 2 0 3 i i lo u rw o r k ，s u c ha sf e ，c o ，n i t h er e s u l ts h o wt h a td o p e d 谢t l lm e t a le l e m e n t s ，t h e s e n s i t i v i t yt on 0 2a n dc 1 2i n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y t h es e n s o ri n 2 0 3d o p e dw i m 7w t f e ( n 0 3 ) 3h a st h e b e s tg a s s e n s i n gc a p a b i l i t y s ow a st h es e n s o ri n 2 0 3d o p e dw i t h5 w t c o ( n 0 3 ) 2a n d7 w t n i ( n 0 3 ) 3 t a k en i ( n 0 3 ) 3a sa ne x a m p l e ，t h es e n s o ri n 2 0 3d o p e dw i t h7 w t n i ( n 0 3 ) 3h a st h eb e s tg a s - s e n s i n g 尊 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v 第一章绪论1 1 1 选题背景与意义1 1 2 气敏传感器的特点及发展方向2 1 3 氧化铟的研究进展与应用一2 1 3 1 氧化铟的研究现状2 1 3 2 氧化铟的基本性质3 1 4 氧化铟的制备方法3 1 4 1 化学气相沉积法3 1 4 2 溅射法4 1 4 3 室温固相合成法4 1 4 4 微乳液法4 1 4 5 化学共沉淀法5 1 4 6 溶胶一凝胶法5 1 4 7 模板法5 1 4 8 水热法一6 1 4 9 其它制备方法6 1 5 氧化铟气敏性能研究7 1 5 1n 0 2 气敏性能研究：7 1 5 2c 1 2 气敏性能研究7 1 5 3 乙醇气敏性能研究7 1 5 4 臭氧气敏性能研究7 1 5 5c o 气敏性能研究。8 1 5 6 对其它气体的气敏性能研究8 v 1 6 气敏机理8 1 6 1 晶体尺寸效应8 1 6 2 掺杂效应9 1 7 展望9 1 8 本论文的研究思路及创新点。9 1 8 1 本论文的研究思路9 1 8 2 本论文的创新点1 0 第二章制备方法对i i l 2 0 3 气敏性能的影响1 1 2 1 仪器和试剂。1 1 2 1 1 主要仪器1 l 2 1 2 主要试剂1 1 2 2 样品的制备1 2 2 2 1 室温固相合成法1 2 2 2 2 水热法1 2 2 2 3 微乳液法1 2 2 2 4 溶胶凝胶法1 2 2 2 5 化学共沉淀法1 3 2 2 6 均匀沉淀法1 3 2 3 气敏元件的制备，老化及测试1 3 2 3 1 气敏元件的制备及老化1 3 2 3 2 气敏元件的测试1 4 2 4 结果与讨论1 4 2 4 1 样品的x r d 测试1 4 2 4 2 样品的t e m 分析l5 2 4 3 样品的s e m 分析1 6 2 4 4 气敏性能的测定1 6 2 5 气敏机理的推测。1 9 2 6 本章小结1 9 第三章水热一e o 系列表面活性剂制备i n 2 0 3 纳米粉体及其气敏性能研究。2 l v i 3 1 仪器和试剂2 l 3 1 1 主要仪器2 1 3 1 2 主要试剂2 l 3 2 样品的制备2 1 3 3 气敏元件的制备、老化及测试2 2 3 3 1 气敏元件的制备及老化2 2 3 3 2 气敏元件的测试2 2 3 4 结果与讨论2 2 3 4 1 样品的x r d 测试2 2 3 4 2 样品的t e m 分析2 3 3 4 3 样品的s e m 分析2 3 3 4 4 气敏性能的测定2 4 3 5 本章小结2 6 第四章水热一聚乙二醇4 0 0 6 0 0 l o o o 2 0 0 0 制备i n 2 0 3 纳米粉体及其气敏性能研究2 7 4 1 仪器和试剂2 7 4 1 1 主要仪器2 7 4 1 2 主要试剂2 7 4 2p e g 6 0 0 - 水热法一步制备纳米i n 2 0 3 气敏材料2 7 4 2 1 样品的制备一2 7 4 2 2 气敏元件的制备、老化及测试2 8 4 2 3 结果与讨论2 8 4 2 4 机理初探3 2 4 2 5 本节小结3 3 4 3 聚乙二醇4 0 0 6 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 制备m 2 0 3 纳米粉体及其气敏性能研究3 3 4 3 1 样品的制备3 3 4 3 2 气敏元件的制备、老化及测试一3 3 4 3 3 结果与讨论3 3 4 - 3 4 本节小结。3 9 4 4 聚乙二醇4 0 0 6 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 小结3 9 v i l 4 5 本章小结3 9 第五章金属元素掺杂i n 2 0 3 纳米粉体及其气敏性能研究4 1 5 1 仪器与试剂4 1 5 1 1 主要仪器4 1 5 1 2 主要试剂。4 1 5 2 铁掺杂h 1 2 0 3 纳米粉体及其气敏性能研究4 l 5 2 1 样品的制备4 l 5 2 2 气敏元件的制备、老化及测试。4 2 5 2 3 结果与讨论4 2 5 2 4 本节小结4 6 5 3 钴掺杂h 1 2 0 3 纳米粉体及其气敏性能研究4 6 5 3 1 样品的制备4 6 5 3 2 气敏元件的制备、老化及测试4 6 5 3 3 结果与讨论4 7 5 3 4 本节小结。5 0 5 4 镍掺杂i n 2 0 3 纳米粉体及其气敏性能研究5 l 5 4 1 样品的制备5 l 5 4 2 气敏元件的制备、老化及测试。5 1 5 4 3 结果与讨论5l 5 4 4 本节小结5 5 5 5 金属掺杂i n 2 0 3 纳米粉体的气敏性能研究5 5 5 5 1 样品的制备5 6 5 5 2 气敏性能的测定5 6 5 4 3 本节小结5 7 5 5 本章小结5 7 第六章稀土金属掺杂i n 2 0 3 纳米粉体及其气敏性能研究5 9 6 1 仪器和试剂5 9 6 1 1 主要仪器5 9 6 1 2 主要试剂5 9 6 2 镧掺杂1 1 1 2 0 3 纳米粉体及其气敏性能研究5 9 6 2 1 样品的制备5 9 6 2 2 气敏元件的制备、老化及测试5 9 6 2 3 结果与讨论6 0 6 2 4 气敏机理讨论6 4 6 2 5 本节小结6 5 6 3 铈掺杂蚍0 3 纳米粉体及其气敏性能研究6 5 6 3 1 样品的制备6 5 6 3 2 气敏元件的制备、老化及测试6 5 6 3 3 结果与讨论6 5 6 3 4 本节小结6 9 6 4 镨掺杂晚0 3 纳米粉体及其气敏性能研究7 0 6 4 1 样品的制备7 0 6 4 2 气敏元件的制备、老化及测试7 0 6 4 3 结果与讨论7 0 6 4 4 本节小结7 4 6 5 钕掺杂i n 2 0 3 纳米粉体及其气敏性能研究! 。7 4 6 5 1 样品的制备7 4 6 5 2 气敏元件的制备、老化及测试7 5 6 5 3 结果与讨论7 5 6 5 4 本节小结。7 8 6 6 稀土金属掺杂1 1 1 2 0 3 纳米粉体及其气敏性能比较7 9 6 6 1 气敏性能的测定7 9 6 7 本章小结8 0 第七章结论8l 参考文献8 3 致谢8 9 攻读学位期间的科研成果9 1 独创性声明9 3 i x 关于论文使用授权的说明9 3 。 第一章绪论 1 1 选题背景与意义 第一章绪论 随着科技的发展，工业的进步，气体原料和废气的数量和种类越来越多。c 1 2 、n 0 2 等有毒有害气体既污染环境，也使人类安全受到威胁。因此需要人们对这些气体能够迅 速准确的检测，从而有效防止恶性事件的发生。半导体气敏传感器具有测量精度高、所 需试样少、响应快等特点，广泛应用于化工、建筑、环保、医疗、家电、安保等领域。 近年来各国研究者在半导体传感器的研究与开发方面做了大量工作。 但随着社会的进步和人类安全与健康意识的提高，迫切需要监控大气、家庭和各种 生产、生活场所的易燃易爆气体、有毒有害气体，以防止安全事故的发生，保障人身和 财产的安全。气相色谱、红外吸收、热导分析等仪器分析方法是主要的气体分析方法， 但存在的问题是这些分析方法价格昂贵、不能进行现场监测。因此，开发成本低、灵敏 度高、便携的半导体气体传感器可满足气体监测的需要。 随着纳米技术的发展，微机械与微电子技术、计算机技术等的综合应用，高性能的 气敏传感器将会不断出现。目前市场上使用的半导体气体传感器在气体的灵敏度、选择 性、稳定性三个主要性能方面还不能全部满足需要，特别是在稳定性和选择性方面还存 在明显的不足，容易造成误报、漏报现象。 因此，研发结构与形态可控、低成本、环境友好的气敏材料制备技术，并研究其应 用是半导体气敏传感器的重要发展方向。 采用i n 2 0 3 气敏材料的气体传感器，可以在保证高灵敏度的同时，提高传感器的选 择性和稳定性，表现出优良的应用前景，正逐步成为半导体气体传感器的研究热点之一。 目前i n 2 0 3 的制备大多采用溶胶一凝胶法”】、共沉淀法【6 。1 0 】、固相反应法【1 1 。1 3 】等。但是这 些方法都具有明显的缺点：溶胶一凝胶法的缺点为成本高，原料不够普及；化学沉淀法 的缺点是程序复杂、易团聚、环境污染大，等。而水热法的特点是粒子纯度高、分散 性好、晶形好且可控制，生产成本低。而且采用水热法制备的粉体一般无需烧结， 这就可以避免在烧结过程中晶粒长大、而且容易混入杂质等缺点，具有方法简单、 成本低、环境污染小等优良特点，有利于可持续发展。 i n 2 0 3 纳米材料的制备、掺杂及气敏性能研究 因此本课题选择i n 2 0 3 作为研究对象，采用水热法制备i n 2 0 3 气敏材料，以提高半导 体气体传感器的性能。文章系统研究了i i l 2 0 3 的水热制备方法和掺杂对气敏性能提高等， 具有重要的理论及实际意义。 1 2 气敏传感器的特点及发展方向 一个完美的气敏传感器应具有如下几个优点： 选择性好，能够在多种气体共存情况下，仅对目标气体有明显反应； 灵敏度高，对超低浓度气体亦可进行检测； 稳定性好，对环境条件依赖性小，寿命长； 气敏现象可逆，重现性好； 响应一恢复时间短； 工作温度宽，尤其适用于常温检测，不安全隐患因素小； 制作简单，成本低，耗能少，无污染。 目前存在的主要问题是上述几个方面无法同时得到满足。 从目前发展状况来看，半导体气体传感器的发展方向主要有以下几点： 通过使用新材料、新结构、新原理或掺杂、表面改性工艺进一步提高气体传感器 的灵敏度，满足医疗卫生等特殊场合的检测要求。 通过工作温度调节、使用催化剂和表面滤层等手段改善气体传感器的选择性，或 通过气体传感器阵列与神经网络、模式识别技术结合使选择性低的传感器具有选择性， 满足工业控制、环境监测等领域的应用要求。 通过敏感材料、元器件结构及生产工艺控制提高气体传感器的稳定性，延长使用 寿命，实现半定量和定量检测。 降低半导体气体传感器的功耗，满足便携和节能的需要。 提高气体传感器的响应和恢复速度，满足快速检测的要求。 1 3 氧化铟的研究进展与应用 1 3 1 氧化铟的研究现状 i n 2 0 3 是一种n 型半导体，主要缺陷有氧空位和间隙铟离子，具有较宽的禁带宽度 ( 3 7 5 e v ) e 1 4 - 2 0 1 。可广泛用于光电领域，如太阳能电池、液晶设备、二极管【1 】等。作为 2 第一章绪论 一种新型的高灵敏度气敏材料，晚0 3 正成为气敏材料的研究热点。文献报道，0 3 气 敏元件可以用来检澳l j n 0 2 2 1 - 2 5 、c 1 2 【2 6 - 2 7 1 、乙醇泌3 、臭氧3 2 - 3 6 、h 2 【3 7 3 引、c o 3 9 。4 1 1 、h 2 s 【4 2 小】 等有毒有害气体。 1 3 2 氧化铟的基本性质 三氧化二铟，又名氧化铟( i n d i u mo x i d e ) ，是一种淡黄色的粉木。微溶于热无机酸， 不溶于水。密度为7 1 7 9 9 c m 3 ，熔点为11 9 0 c ，晶格能为1 3 9 2 8 k j m o l 。i n 2 0 3 材料具有方 铁锰型晶体结构，晶胞包含1 6 个i n 2 0 3 分子，2 6 时晶格常数为a = 1 0 11 8 n m ，这种结构可 想象成不完全的氧离子密堆积结构。铟离子构成面心立方格子，格子中的四面体间隙位 置有3 4 为氧离子所占据，1 4 空着。直接带隙的测量值为3 7 5 e v 4 5 l 。 1 4 氧化铟的制备方法 纳米i n 2 0 3 粉体的制备方法通常有化学沉淀法、溶胶一凝胶法、脉冲激光沉积法、 气相沉积法、沉淀法、室温固相反应法、电弧放电共沸蒸馏法、减压一挥发氧化法、熔 化雾化燃烧法、高压喷雾分解法、模板法【4 6 】等。常用的i n 2 0 3 粉体材料的制备方法主要 有以下几种。 1 4 1 化学气相沉积法 化学气相沉积法简称c v d ( c h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n f f - 2 i 。气相法是直接利用气体、 或通过各种手段将物质变成气体，使之在气态下发生物理或化学变化，最后在冷凝过程 中凝聚长大形成纳米粒子的方法。气相法的特点是粉体纯度高、颗粒尺寸小( 一般为几 纳米) 、团聚轻、组分易控，适于氧化物纳米粉体的合成。但该法制备纳米材料需要昂 贵的设备和较高的操作要求，制备成本较高。杨帆4 7 1 等采用m o c v d ( 金属有机化学气相 沉积系统) 方法在蓝宝石衬底上制备了高质量的1 1 1 2 0 3 薄膜，研究t 1 n 2 0 3 薄膜的结构、表 面形貌和光电性质。沈小平【4 8 】等以乙酰丙酮合铟【i i l ( a c a c ) 3 】( a c a e = a c e t y l a c e t o n a t e ) 作为单 源前驱体，a u 为催化剂，采用化学气相沉积法，于较低温度( 5 5 0 。c ) 下成功制得了i n 2 0 3 纳米线。董红星【4 明等利用一种改进的c v d 技术制备出了不同形貌的i n 2 0 3 纳米结构，实 现了1 1 1 2 0 3 八面体、纳米带、锯齿状纳米线和纳米链的可控合成。w a n 9 5 0 】采用c v d 法合 成了锥子状1 1 1 2 0 3 纳米微米结构。 i i l 2 0 3 纳米材料的制备、掺杂及气敏性能研究 1 4 2 溅射法 溅射法的原理是利用高能粒子( 大部分是由电场加速的正离子) 轰击固体表面( 亦 为靶) ，与固体表面的原子或分子进行能量交换，从而使固体原子或分子获得能量并从 表面逸出，沉淀到基片或工作表面以形成薄膜。整个溅射过程都是建立在辉光放电的基 础上的，即溅射离子来源于气体放电。常用的溅射法有直流溅射法、高频溅射法、磁控 溅射法、以及反应溅射法等。李喜峰【5 l 】等用直流磁控溅射法成功制备了高价态差掺钼氧 化铟( i m o ) 透明导电薄膜。j u a nm c 锄a c h o 【5 2 】用p l d ( 脉冲激光沉积) 法制备了c d t e 掺杂 的i n 2 0 3 。r k g u p t a t 5 3 】用p l d 法制备了m o 掺杂的0 3 薄膜。y a s u s h is a t o 5 4 1 研究t d c ( 直 流) 溅射法中，温度对i t o ( 氧化铟锡) 薄膜在碱性玻璃上沉积的影响。y u a n - c h a n gl i a n g 5 5 】 采用r e ( 射频) 溅射法中，在1 6 0 c 温度下，在涂覆了8 0 n m z n o 的玻璃基底上镀上了 8 5 2 1 0 n t o 厚的5 w t z r 掺杂i n 2 0 3 ( z r i n 2 0 3 ) 薄膜。 1 4 3 室温固相合成法 室温固相合成法是将金属盐或金属氧化物、氢氧化物按一定比例充分混合，研磨后 进行煅烧，通过发生固相反应，直接制备超微粉，或者通过再次粉碎而得到超微粉。此 法设备和工艺简单，产率高，成本低，环境污染少。徐甲强【1 2 】等用固相反应合成法成功 地合成了纳米h 1 2 0 3 ，并初步探讨了环境温度下复合氧化物形成的机理。 1 4 4 微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚 结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点为粒子的单分散和界面性好，i i 族 半导体纳米粒子多用此法制备。用该法制备纳米粒子的实验装置简单，能耗低， 操作容易，具有以下特点：( 1 ) 粒径分布较窄，粒径可以控制；( 2 ) 选择不同的表面 活性剂修饰微粒子表面，可获得特殊性质的纳米微粒；( 3 ) 粒子的表面包覆一层( 或 几层) 表面活性剂，粒子间不易聚结，稳定性好；( 4 ) 粒子表层类似于“活性膜”，该 层基团可被相应的有机基团所取代，从而制得特殊的纳米功能材料；( 5 ) 表面活性剂对纳 米微粒表面的包覆改善了纳米材料的界面性质，显著地改善了其光学、催化及电流变等 性质。徐甲强【5 6 】等用微乳液法合成了纳米i n 2 0 3 粉体，浸渍法制备5 w t l a 2 0 3 掺杂的 i n 2 0 3 。詹自力【5 7 】等采用微乳液法制备了i n 2 0 3 乙醇气敏元件。陈新萍【5 8 】等在油包水( w o ) 4 第一章绪论 型微乳液体系中，通过i n ( n 0 3 ) 3 、c o ( n 0 3 ) 2 、h a u c l 4 和( n h 4 ) 2 c 0 3 之间的共沉淀反应，制 备了掺钴和金的立方晶相的i n 2 0 3 粉体。z i l iz h a n t 5 9 1 等采用确t o i 1 0 0 为表面活性剂、正 己醇为助表面活性剂合成分散性好、粒径分布窄的1 1 1 2 0 3 纳米粉体。 1 4 5 化学共沉淀法 化学共沉淀法是将过量的沉淀剂加入混合后的金属盐溶液中，促使各组分均匀混合 沉淀，然后将沉淀物多次洗涤，脱水或烘干得到前驱体，再将前驱体加热分解得到复合 氧化物粉末。通常使用的沉淀剂有n a h c 0 3 、n a 2 c 0 3 、( n h 4 ) 2 c 0 3 、n a o h 、氨水以及氨 水和尿素的混合液等。化学共沉淀法具有工艺简单、制备条件易控制、合成周期短和成 本低的优点。田甜【7 】等用化学共沉淀法制备了纳米i n 2 0 3 粉末。张艳峰【8 】等采用化学共沉 淀法制备了纳米i t o 粉体，并对结构进行了表征。m a u r oe p i f a n i 9 】等采用化学共沉淀法 制备j i n 2 0 3 纳米粉体，并研究了其对臭氧的气敏性能。y a n f ay a n 1 0 】等采用化学共沉淀 法制备- j s n 掺杂的i n 2 0 3 薄膜。 1 4 6 溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法的合成过程如下：先将原料分散到溶液中，然后经过水解反应合成活 性单体，活性单体进行聚合，开始形成溶胶，进而生成具有一定结构的凝胶，最后经过 干燥热处理得到干凝胶，然后将干凝胶进行煅烧得到目标产物。 与沉淀法相比，其优点是：避免了以无机盐为原料的阴离子污染问题，不需要过滤 洗涤、不产生大量废液；凝胶生成时，由于凝胶中颗粒间结构的固定化，可有效抑制颗 粒的生长；通过控制凝胶的加热温度，可控制产物的粒径，并有效地降低合成温度，因 而所得的粉体材料粒度小，分散性好，分布窄，纯度高。但仍存在成本高，合成周期长 等缺点，此外，一些不容易通过水解聚合的金属，如碱金属较难牢固地结合到凝胶网络 中，所以该方法制得的纳米氧化物种类有限。全宝富【l 】等采用溶胶一凝胶法制备了低阻 i n 2 0 3 薄膜。潘庆谊【2 】等用溶胶_ 凝胶法制备了纳米i n 2 0 3 粉末。a o p r e a t 3 1 等采用溶胶一 凝胶法制备了f e 2 0 3 _ i n 2 0 3 复合物，并研究了其气敏性能。h k d m i n a m i 【2 】等用溶胶凝 胶法制备了磷包覆的具有冷光特性的i n 2 0 3 。 1 4 7 模板法 模板法合成纳米材料，就是在限制性介质环境中( 如纳米尺度的孔穴或网络结构) 中 i n 2 0 3 纳米材料的制备、掺杂及气敏性能研究 沉积所需材料。模板合成法所采用的模板是孔径为纳米尺度的多孔固体材料，包括碳纳 米管、多孔阳极氧化铝膜、聚合物膜、分子筛、生物大分子等，其中多孑l a l 2 0 3 膜孔率 较大，且膜孔孔径大小分布均匀。利用膜板法可以合成具有管状结构和纤维状结构的纳 米材料，但合成成本较高，制得样品量极少，难以满足应用要求。m a o j u i lz h a n g t 6 0 】等采 用阳极氧化铝模板法合成了i n 2 0 3 纳米线。y u b a ol i t 6 1 】等将i n ：i n 2 0 3 重量比为l ：4 的原料放 在管状的氧化铝坩埚底部，1 3 0 0 。c 持续加热3 0 m i n 合成了i m 0 3 纳米管。 1 4 8 水热法 水热法通常以金属盐、氧化物或氢氧化物的水溶液( 或悬浮液) 为先驱物。一般在 高于1 0 0 和一个大气压的环境中使先驱物溶液在过饱和状态下成核、生长，形成所需 的材料。与其他方法相比，水热法具有不可替代的优点：( 1 ) 水热晶体在相对较低的热 应力条件下生长，其位错密度远低于在高温中生长的晶体，晶型好；( 2 ) 水热晶化在密 闭的高压釜罩进行，可以控制反应气氛而形成氧化或还原的反应条件，生成其他方法难 以获得的某些物相；( 3 ) 水热反应体系存在溶液的快速对流和十分有效的溶质扩散，因 而水热晶体具有较快的生长速率；( 4 ) 所得纳