二氧化锡纳米棒在丙酮气体传感器中的应用及性能研究

◎钟义涛 聂爽 祁晓静 于天琦王宝祺

一、引言

用于检测有毒和可燃气体的气体传感器由于越来越受到环境保护和安全方面的关注而备受关注。金属氧化物半导体，如SnO<下标> 2下标和ZnO，由于其对目标气体的高灵敏度和易制造性，在敏感材料中得到了广泛的应用，已有十多年的历史。二氧化锡作为一种新型无机功能材料，广泛应用于气体传感器、锂离子电池、催化剂、太阳能电池、光电探测器。二氧化锡传感器有许多气体，如乙醇、丙酮、氢、天然气和液化石油气。但是，二氧化锡敏感材料的性能受其微观结构和晶粒尺寸等因素的影响，进而影响传感器的应用测定。因此，需要对纳米SnO<下标> 2下标材料的形态和结构进行深入的研究。

二、实验

我们采用简单的水热法制备了SnO2纳米棒。利用盐酸将乙醇和去离子水的混合物溶液(体积比1：10)的pH值调节至2。在上述混合溶液中加入63微升的无水四氯化锡，超声处理30分钟以获得均匀混合物。然后将所得混合物转移至45mL高压水热釜中，放置烘箱中保持在200℃，且分别恒温10和12小时，冷却室温后，用去离子水和乙醇洗涤样品，在80℃条件下彻底干燥12小时在400℃退火2小时。将制得的SnO2充分研磨成粉末，加入乙醇，放入超声波清洗器中使其成为均匀溶液，用涂抹笔将溶液均匀的涂在平面基片的金属上，然后通过焊接的方式将平面基片焊接在四角底座上，制备了电阻型金属氧化物半导体气体传感器。

三、结果与讨论

从图1显示了恒温10小时和12小时制备的SnO2纳米粒子的SEM照片，结果发现恒温10小时的样品（图a）程球形，尺寸较大，单分散性不好。而恒温12小时的样品，程六方棒状，尺寸较小且均匀，说明该样品的比表面积较大，可能具有更好的吸附性及传感性能。

图1 在200℃，且分别恒温10（a）和12小时（b）制备的SnO2纳米粒子。

图2（a）是气体浓度为200ppm时，传感器分别在100℃、200℃、300℃对丙酮的灵敏度变化曲线。传感器在300℃条件下灵敏度性能高于100℃、200℃。说明传感器在300℃灵敏度性能高，恢复时间短。图2（b）是在300℃下丙酮气体浓度分别为100 ppm、300 ppm和400 ppm的灵敏度曲线。在一定条件下，丙酮浓度越高，传感器的灵敏度越高。当传感器从空气中进入含丙酮的气瓶后，曲线迅速上升，然后逐渐稳定，表示传感器的响应时间短，而当从气瓶转移至空气中，灵敏度曲线迅速下降，然后逐渐稳定，表明传感器恢复较快。重复以上过程50个循环，结果发现传感器的稳定性较好。

图2 （a）丙酮传感器在不同温度下的灵敏度曲线；（b）在300300℃下丙酮气体浓度分别为100 ppm、300 ppm和400 ppm的灵敏度曲线。

四、结论

本文成功的制备了的SnO2纳米粒子，并利用SEM对其形貌进行了表征，结果显示SnO2为六方纳米棒，尺寸均匀，具有较大的比较面积。SnO2纳米棒丙酮气体传感器性能研究表明在工作温度为300℃对丙酮气体最为灵敏，并随丙酮浓度的增加，灵敏度也越高。