二氧化錫半導體納米粉體

1、二氧化錫半導體納米粉體的制備及氣敏性能研究報告學院：資源加工與生物工程學院班級：無機0801姓名：*學號：*組員：張明陳銘鷹項成有半導體納米粉體的制備及氣敏性能研究SnO2粉體作為一種功能基本材料，在氣敏、濕敏、光學技術等方面有著廣泛的應用。目前是應用在氣敏元件最多的基本原材料之一。納米級Sn02對H2、C2H2等氣體有著較高的靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性，具有更廣闊的應用市場前景。研究納米SnO2粉體的制備方法很多，例如：真空蒸發(fā)凝聚法、低溫等離子法、水解法、醇鹽水解法、化學共沉淀法、溶膠凝膠法，近期還出現(xiàn)了微乳液法，水熱合成法等。每種制粉方法各有特點，但是在目前技術裝備水平和納米粉體應用市場還未

2、真正形成的條件下，上述納米粉體制備方法由于技術成熟度或制備成本等方面的原因，大多都還未形成具有實際意義上的生產(chǎn)規(guī)模，主要還處于提供研究樣品階段。以廉價的無機鹽SnCl45H20為原料，采用溶膠-凝膠法制備出粒度均勻的超細SnO2粉體,該工藝具有設備簡單，過程易控，成本低，收率高等優(yōu)點。實驗考察制備工藝過程中原料濃度、反應溫度、反應終點pH值、干燥脫水方式、培燒溫度等因素對納米SnO2粉體粒徑的影響。實驗過程以TG-DTA熱分析、紅外光譜等測試手段，分析前驅體氫氧化物受熱行為，前驅體表面基團及過程防團聚機理等。利用透射電子顯微鏡、X-射線衍射儀、比表面測試儀分別對納米粒子的形貌與粒徑分布、晶相組

3、成、比表面積進行了表征與測定。在實驗中制備得到得SnO2膠體，在干燥、煅燒的過程中很容易形成團聚。因為粉體顆粒細小,表面能巨大,往往會粘結在一起。水熱法是近年來出現(xiàn)的制備超細粉體的新方法，其利用密封壓力容器，以水為溶劑，溫度從低溫到高溫（100C400C）,壓力在10200MPa。該方法為前驅物反應提供了一個在常壓下無法實現(xiàn)的特使物理化學條件。避免在普通煅燒過程中，由于晶粒間細小間隙產(chǎn)生毛細現(xiàn)象導致的顆粒長大團聚。水熱法制備過程中，粉體在液相中達到“煅燒”溫度。通過控制反應條件，有效阻礙顆粒間的長大，保持顆粒粒度均勻，形態(tài)規(guī)則，且干燥后無需煅燒，避免形成硬團聚。本文以SnCl45H20為原料，

4、利用溶膠凝膠法和離心洗滌制備純凈凝膠，水熱脫水法制備SnO2微晶；研究不同水熱條件下，SnO2粉體的形成、晶粒大小以及分散性能。文獻綜述1.1半導體納米粉體半導體定義電阻率介于金屬和絕緣體1之間并有負的電阻溫度系數(shù)的物質。半導體室溫時電阻率約在10E-510E7歐姆米之間，溫度升高時電阻率指數(shù)則減小。半導體材料很多，按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體兩大類。鍺和硅是最常用的元素半導體；化合物半導體包括III-V族化合物（砷化鎵、磷化鎵等）、II-W族化合物（硫化鎘、硫化鋅等）、氧化物（錳、鉻、鐵、銅的氧化物），以及由III-V族化合物和II-W族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。除

5、上述晶態(tài)半導體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導體、有機半導體等。本征半導體：不含雜質且無晶格缺陷的半導體稱為本征半導體。在極低溫度下，半導體的價帶是滿帶（見能帶理論），受到熱激發(fā)后，價帶中的部分電子會越過禁帶進入能量較高的空帶，空帶中存在電子后成為導帶，價帶中缺少一個電子后形成一個帶正電的空位，稱為空穴。導帶中的電子和價帶中的空穴合稱電子-空穴對，均能自由移動，即載流子，它們在外電場作用下產(chǎn)生定向運動而形成宏觀電流，分別稱為電子導電和空穴導電。這種由于電子-空穴對的產(chǎn)生而形成的混合型導電稱為本征導電。導帶中的電子會落入空穴，電子-空穴對消失，稱為復合。復合時釋放出的能量變成電磁輻射（發(fā)光）或晶格的熱振

6、動能量（發(fā)熱）。在一定溫度下，電子-空穴對的產(chǎn)生和復合同時存在并達到動態(tài)平衡，此時半導體具有一定的載流子密度，從而具有一定的電阻率。溫度升高時，將產(chǎn)生更多的電子-空穴對，載流子密度增加，電阻率減小。無晶格缺陷的純凈半導體的電阻率較大，實際應用不多。半導體歷史半導體的發(fā)現(xiàn)實際上可以追溯到很久以前，1833年，英國巴拉迪最先發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度的變化情況不同于一般金屬，一般情況下，金屬的電阻隨溫度升高而增加，但巴拉迪發(fā)現(xiàn)硫化銀材料的電阻是隨著溫度的上升而降低。這是半導體現(xiàn)象的首次發(fā)現(xiàn)。不久，1839年法國的貝克萊爾發(fā)現(xiàn)半導體和電解質接觸形成的結，在光照下會產(chǎn)生一個電壓，這就是后來人們熟知的光生

7、伏特效應，這是被發(fā)現(xiàn)的半導體的第二個特征。在1874年，德國的布勞恩觀察到某些硫化物的電導與所加電場的方向有關，即它的導電有方向性，在它兩端加一個正向電壓，它是導通的；如果把電壓極性反過來，它就不導電，這就是半導體的整流效應，也是半導體所特有的第三種特性。同年，舒斯特又發(fā)現(xiàn)了銅與氧化銅的整流效應。1873年，英國的史密斯發(fā)現(xiàn)硒晶體材料在光照下電導增加的光電導效應，這是半導體又一個特有的性質。半導體的這四個效應，（jianxia霍爾效應的余績一一四個伴生效應的發(fā)現(xiàn)）雖在1880年以前就先后被發(fā)現(xiàn)了，但半導體這個名詞大概到1911年才被考尼白格和維斯首次使用。而總結出半導體的這四個特性一直到194

8、7年12月才由貝爾實驗室完成。很多人會疑問，為什么半導體被認可需要這么多年呢？主要原因是當時的材料不純。沒有好的材料，很多與材料相關的問題就難以說清楚。半導體于室溫時電導率約在10一1010000/Qcm之間，純凈的半導體溫度升高時電導率按指數(shù)上升。半導體材料有很多種，按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體兩大類。除上述晶態(tài)半導體外，還有非晶態(tài)的有機物半導體等和本征半導體。1.1.1導體納米材料的概念納米級結構材料簡稱為納米材料（nanomaterial），是指其結構單元的尺寸介于1納米100納米范圍之間。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長度，它的性質因為強相干所帶來的自組織使得性質發(fā)生很大變

9、化。并且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應，因此其所表現(xiàn)的特性，例如熔點、磁性、光學、導熱、導電特性等等，往往不同于該物質在整體狀態(tài)時所表現(xiàn)的性質。半導體納米線和半導體氧化物納米帶可用于研制納米器件。氧化物的多樣性又使其覆蓋了幾乎所有的金屬學和固體物理的研究領域，包括超導、鐵電性、磁性質等。二維的半導體氧化物，如ZnO、Sn02、In2O3和CdO,更是具有獨特的性質，現(xiàn)在被廣泛應用于傳感材料和氣體探測感應裝置。例如，攙雜有氟的SnO2薄膜被廣泛應用于建筑物門窗的玻璃上，因為它對于紅外線有較低的發(fā)射率。而SnO2的納米顆粒被認為是氣體探測感應器的最重要的傳感材料，因為它對很稀薄

10、的氣體也具有較高的敏感度，被用于檢測如H,S,CO等一些可燃的還原性氣體的泄漏。1.1.2半導體的特性半導體五大特性：電阻率特性，導電特性，光電特性，負的電阻率溫度特性，整流特性。在形成晶體結構的半導體中，人為地摻入特定的雜質元素，導電性能具有可控性。在光照和熱輻射條件下，其導電性有明顯的變化。晶格：晶體中的原子在空間形成排列整齊的點陣，稱為晶格。共價鍵結構：相鄰的兩個原子的一對最外層電子（即價電子）不但各自圍繞自身所屬的原子核運動，而且出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上，成為共用電子，構成共價鍵。自由電子的形成：在常溫下，少數(shù)的價電子由于熱運動獲得足夠的能量，掙脫共價鍵的束縛變成為自由電子?？昭ǎ簝r

11、電子掙脫共價鍵的束縛變成為自由電子而留下一個空位置稱空穴。電子電流：在外加電場的作用下，自由電子產(chǎn)生定向移動，形成電子電流?？昭娏鳎簝r電子按一定的方向依次填補空穴（即空穴也產(chǎn)生定向移動），形成空穴電流。本征半導體的電流：電子電流+空穴電流。自由電子和空穴所帶電荷極性不同，它們運動方向相反。載流子：運載電荷的粒子稱為載流子。導體電的特點：導體導電只有一種載流子，即自由電子導電。本征半導體電的特點：本征半導體有兩種載流子，即自由電子和空穴均參與導電。本征激發(fā)：半導體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。復合：自由電子在運動的過程中如果與空穴相遇就會填補空穴，使兩者同時消失，這種現(xiàn)象稱為

12、復合。動態(tài)平衡：在一定的溫度下，本征激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子與空穴對，與復合的自由電子與空穴對數(shù)目相等，達到動態(tài)平衡。載流子的濃度與溫度的關系：溫度一定，本征半導體中載流子的濃度是一定的，并且自由電子與空穴的濃度相等。當溫度升高時，熱運動加劇，掙脫共價鍵束縛的自由電子增多，空穴也隨之增多（即載流子的濃度升高），導電性能增強；當溫度降低，則載流子的濃度降低，導電性能變差。結論：本征半導體的導電性能與溫度有關。半導體材料性能對溫度的敏感性，可制作熱敏和光敏器件，又造成半導體器件溫度穩(wěn)定性差的原因。雜質半導體：通過擴散工藝，在本征半導體中摻入少量合適的雜質元素，可得到雜質半導體。N型半導體：在純凈的硅晶

13、體中摻入五價元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導體。多數(shù)載流子：N型半導體中，自由電子的濃度大于空穴的濃度，稱為多數(shù)載流子，簡稱多子。少數(shù)載流子：N型半導體中，空穴為少數(shù)載流子，簡稱少子。施子原子：雜質原子可以提供電子，稱施子原子。N型半導體的導電特性：它是靠自由電子導電，摻入的雜質越多，多子（自由電子）的濃度就越高，導電性能也就越強。P型半導體：在純凈的硅晶體中摻入三價元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半導體。多子：P型半導體中，多子為空穴。少子：P型半導體中，少子為電子。受主原子：雜質原子中的空位吸收電子，稱受主原子。P型半導體的導電特性：摻入的雜質越

14、多，多子（空穴）的濃度就越高，導電性能也就越強。結論：多子的濃度決定于雜質濃度。少子的濃度決定于溫度。PN結的形成：將P型半導體與N型半導體制作在同一塊硅片上，在它們的交界面就形成PN結。PN結的特點：具有單向導電性。擴散運動：物質總是從濃度高的地方向濃度低的地方運動，這種由于濃度差而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動?？臻g電荷區(qū)：擴散到P區(qū)的自由電子與空穴復合，而擴散到N區(qū)的空穴與自由電子復合，所以在交界面附近多子的濃度下降，P區(qū)出現(xiàn)負離子區(qū)，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，它們是不能移動，稱為空間電荷區(qū)。電場形成：空間電荷區(qū)形成內電場?？臻g電荷加寬，內電場增強，其方向由N區(qū)指向P區(qū)，阻止擴散運動的進行。漂移運動：在

15、電場力作用下，載流子的運動稱漂移運動。PN結的形成過程：如圖所示，將P型半導體與N型半導體制作在同一塊硅片上，在無外電場和其它激發(fā)作用下，參與擴散運動的多子數(shù)目等于參與漂移運動的少子數(shù)目，從而達到動態(tài)平衡，形成PN結。電位差：空間電荷區(qū)具有一定的寬度，形成電位差Uho,電流為零。耗盡層：絕大部分空間電荷區(qū)內自由電子和空穴的數(shù)目都非常少，在分析PN結時常忽略載流子的作用，而只考慮離子區(qū)的電荷，稱耗盡層。PN結的單向導電性P端接電源的正極，N端接電源的負極稱之為PN結正偏。此時PN結如同一個開關合上，呈現(xiàn)很小的電阻，稱之為導通狀態(tài)。P端接電源的負極，N端接電源的正極稱之為PN結反偏，此時PN結處于

16、截止狀態(tài)，如同開關打開。結電阻很大，當反向電壓加大到一定程度，PN結會發(fā)生擊穿而損壞。相對于金屬材料而育，半導體中的電子動能較低，有較長的德布羅意波長，因而對空間的限制比較敏感當空間某一方向的尺度限制與電子的德布羅意波長可比擬時，電子的運劫就會受限，而被量子化地限制在離散的本征態(tài)，從而失去一個空間自由度或者說減少了一維因此，通常在體材料中適用的電子的粒子行為在此材料中不再適用，這種新型的材料稱為半導體低維結構，也稱為半導體納米材料.1986年，F(xiàn)uouler等人。首次令人們信服地證實了在si/sio：界面處存在二維電子氣，從此拉開了半導體低維結構研究的序幕.sjMOsFET可以認為是對載流子實

17、現(xiàn)一個維度方向限崩最早的固體結構.在這個系統(tǒng)中，由于Sj和sjO界面導帶的不連續(xù)，形成一個三角勢阱，將電子限制在其中，使其既不能穿過氧化層，也不能進人si的體內，電子舶運動被限制在二維界面內.隨著微加工技術的發(fā)展和分子柬外延技術.(MBE)、金屬有機物化學氣相沉積技術(MOCVD)、液相外延(IPE)、氣相外延(VPE)等技術的應用，人們可以制造出更多的二維電子氣系統(tǒng).它是由兩種具有不同帶隙的半導體材料構成，一般要求這兩種材料結構相同，并且晶格常量接近，以獲得原子級光滑的界面.MBE和MOCVD的一個重要特征是可以制備量子尺寸的多層結構，其控制精度可迭單原子層量級0.這些結構可分為量子阱(QW

18、)和超晶格(SL).197O年，Esaki和Tsu“在尋找具有負微分電阻的新器件時，提出了全新的“半導體超晶格”概念.如果勢壘層厚度足夠寬，使得相鄰阱內電子波函數(shù)投有相互作用，郎被稱為量子阱.反之，如果相鄰阱內電子波函數(shù)有較強的相互作用，即相當于在晶格周期場上疊加一個多層結構的超晶格周期場，則被稱為超晶格從此，對半導體量子阱和超晶格等半導體微結構的材料和器件的研究成為近20多年來半導體物理學中最重要、最活躍的研究領域之一.1978年Dingle“等人對異質結中二維電子氣沿平行于界面的輸運進行了研究，發(fā)現(xiàn)了電子遷移率增強現(xiàn)象.以后，德國的K.V.Klitzing和崔琦等人相繼發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍耳教

19、應和分散量子霍耳效應，使半導體物理的研究取得了重大進展，他們也因此分別獲得了諾貝爾獎.近年來，除了超晶格、量子阱以外，對一維量子線和量子點體系韻研究也非常引人注意-早在80年代初，人們發(fā)現(xiàn)禳嵌在硅玻璃中的半導體納米晶體對于準粒子(電子、空穴、激于等)表現(xiàn)出三維受限性質.量子點的研究之所以會越來越引起人們的重視，是因為量子點的結構具有十分顯著的量子化效應，它直接影響著量子點的各種物理性質，如電子結構、輸運性質以及光學特性等.半導體納米材料研究的進展無疑會為單電子物理學和低維材料學的研究開辟新的發(fā)展方向，同時也將對新一代量子功能器件的設計與制造產(chǎn)生革命性的影響.在考虐體材料中電子的行為時，一般是按

20、牛頓定律將電子作為粒子進行處理的，同時還考慮了電子在運動過程中受雜質和聲于散射影響的情況.由于量子點是小尺寸的量子系統(tǒng)，具有明顯的電子的波動行為，由此會產(chǎn)生各種量子效應.此時半經(jīng)典理論不再適合描述量子點中的電子性質，而需用量子力學理論加以討論，大體上可分為以下四種量子效應.半導體的導電性能比導體差而比絕緣體強。實際上，半導體與導體、絕緣體的區(qū)別在不僅在于導電能力的不同，更重要的是半導體具有獨特的性能(特性)。在純凈的半導體中適當?shù)負饺胍欢ǚN類的極微量的雜質，半導體的導電性能就會成百萬倍的增加-這是半導體最顯著、最突出的特性。例如，晶體管就是利用這種特性制成的。當環(huán)境溫度升高一些時，半導體的導電

21、能力就顯著地增加；當環(huán)境溫度下降一些時，半導體的導電能力就顯著地下降。這種特性稱為“熱敏”，熱敏電阻就是利用半導體的這種特性制成的。3當有光線照射在某些半導體時，這些半導體就像導體一樣，導電能力很強；當沒有光線照射時，這些半導體就像絕緣體一樣不導電，這種特性稱為“光敏”。例如，用作自動化控制用的“光電二極管”、“光電三極管”和光敏電阻等，就是利用半導體的光敏特性制成的。由此可見，溫度和光照對晶體管的影響很大。因此，晶體管不能放在高溫和強烈的光照環(huán)境中。在晶體管表面涂上一層黑漆也是為了防止光照對它的影響。最后，明確一個基本概驗：所謂半導體材料，是一種晶體結構的材料，故“半導體”又叫“晶體”。4，

22、性質（1）熱學特性納米微粒的熔點，燒結溫度比常規(guī)粉體要低得多。這是由于表面與界面效應引起的。比如：大塊的pb的熔點600k,而20nm球形pb微粒熔點降低288k,納米Ag微粒在低于373k時開始融化，常規(guī)Ag的熔點遠高于1173k。還有，納米TiO2在773k加熱出現(xiàn)明顯致密化，而大晶粒樣品要出現(xiàn)同樣的致密化需要再升溫873k才能達到，這和燒結溫度有很大關系。（2）光學特性寬頻帶強吸收當尺寸減小到納米顆粒時，幾乎成黑色，對可見光反射率急劇下降。有些納米顆粒如同氮化硅，SiC及三氧化二鋁對紅外有一個寬頻帶強吸收譜。而ZnO、三氧化二鐵和二氧化鈦納米顆粒對紫外線有一個寬頻帶強吸收譜。藍移和紅移和

23、大塊材料相比，納米微粒普遍吸收帶存在藍移，即吸收帶移向短波長方向；而在某些條件下粒徑減小至納米級時吸收帶向長波方向轉移，即紅移。（3）化學性質由于表面效應，可以做催化劑，提高反應活力。由此可見，溫度和光照對晶體管的影響很大。因此，晶體管不能放在高溫和強烈的光照環(huán)境中。在晶體管表面涂上一層黑漆也是為了防止光照對它的影響。最后，明確一個基本概驗：所謂半導體材料，是一種晶體結構的材料，故“半導體”又叫“晶體”。1.1.3納米粉體材料的基本性質：（1）.小尺寸效應隨著顆粒的量變，當納米顆粒的尺寸與光波、傳導電子德布羅意波長以及超導態(tài)的相干長度或透射深度等物理尺寸特征相當或更小時，周期邊界性條件將被破壞

24、，聲、光、電、磁、熱、力等特性均會出現(xiàn)質變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化成為小尺寸效應。（2）.表面與界面效應納米微粒尺寸小、表面大、位于表面的原子占相當大的比例。由于納米粒徑的減小，最終會引起表面原子活性增大，從而不但引起納米粒子表面原子輸送和構型的變化，同時也引起表面電子自旋構象和電子能譜的變化。以上的這些性質被稱為“表面與界面效應”。（3）.量子尺寸效應當粒子尺寸下降到某一值時，金屬費米能級附近的電子能級由準連續(xù)變成離散能級的現(xiàn)象成為量子尺寸效應。1.1.3半導體材料的用途半導體獨特的導電特性是導體和絕緣體所沒有的，所以半導體在現(xiàn)代技術中有重要的應用。1、利用半導體材料可以

25、制成熱敏電阻、光敏電阻、傳感器、晶體二極管、晶體三極管等電子元件。利用半導體的熱敏特性，可以用半導體材料制成體積很小的熱敏電阻，它能將溫度變化轉化為電信號，測量這種電信號，就可以知道溫度變化的情況。這種測量方法反應快，精度高。利用半導體的光敏特性，可以用半導體材料制成體積很小的光敏電阻，它能將光信號轉化為電信號。光敏電阻可以起到開關的作用，在需要對光照有靈敏反應的自動控制設備中有廣泛的應用。利用半導體的摻雜特性，再加上特殊的制作工藝，人們制成了晶體二極管和晶體三極管。晶體二極管和晶體三極管在電子線路中也有著較為廣泛的用途。2、制成集成電路、超大規(guī)模集成電路，開辟了微電子技術的新時代。將晶體管、

26、電阻、電容等元件及相應的連線同時制作在一塊面積很小的半導體晶片上，使這成為具有一定功能的電路，這就是集成電路。在大規(guī)模集成電路中，在面積比小拇指的指甲還小的一塊半導體晶片上可以集成上百萬個電子元件1.1.4半導體材料的用途由于納米粉體材料可以壓制成納米固體。所以納米粉體是納米固體的基礎。半導體獨特的導電特性是導體和絕緣體所沒有的，所以半導體在現(xiàn)代技術中有重要的應用。1、利用半導體材料可以制成熱敏電阻、光敏電阻、傳感器、晶體二極管、晶體三極管等電子元件。利用半導體的熱敏特性，可以用半導體材料制成體積很小的熱敏電阻，它能將溫度變化轉化為電信號，測量這種電信號，就可以知道溫度變化的情況。這種測量方法

27、反應快，精度高。利用半導體的光敏特性，可以用半導體材料制成體積很小的光敏電阻，它能將光信號轉化為電信號。光敏電阻可以起到開關的作用，在需要對光照有靈敏反應的自動控制設備中有廣泛的應用。利用半導體的摻雜特性，再加上特殊的制作工藝，人們制成了晶體二極管和晶體三極管。晶體二極管和晶體三極管在電子線路中也有著較為廣泛的用途。2，納米粉體可以做納米涂層。納米涂層是運用表面技術，將部分或全部含有納米粉的材料涂于基體，由于納米粉體的獨特表面性質，從而賦予材料新的各種性質?？梢宰龀杀砻嫱苛蠌亩淖兾镔|表面的光學性質，如光學非線性、光吸收、光反射、光傳輸?shù)?。納米顆粒在燈泡工業(yè)上有很好的應用。對于高壓鈉燈，碘弧燈

28、有69%的電能轉化為紅外線，只有少量的光能是可見光，并且燈管發(fā)熱也會減少燈管的壽命，納米顆粒給其提供了新的解決方案，人們利用SiO2和TiO2的納米顆粒制成了多層干涉薄膜總厚度為微米級襯在燈管的內部不僅透光率好而且又很強的紅外線反射能力?？梢怨?jié)省電15%.納米紅外涂層，也受到很多人的研究，利用二氧化硅和三氧化二鐵、三氧化二鋁的納米粉末復合后就可以很強的吸收紅外線，可以做成軍人的衣服，既可以保暖又可以躲避敵人熱頻段的探測，并且重量減少30%.納米紫外涂層，是利用了納米顆粒的藍移現(xiàn)象，可作為半導體紫外線過濾器。還有可以涂在塑料表面可以減緩塑料的老化，甚至可以做成防曬霜保護皮膚。納米隱身技術，隨著各

29、種探測手段越來越先進，雷達發(fā)射電磁波，利用紅外探測器可以探測發(fā)熱體等在以后的軍事斗爭中，納米隱身技術就顯得很重要了。一方面由于納米顆粒尺寸遠小于紅外及其雷達波的波長，因此納米顆粒的透射率就比常規(guī)的材料要大得多，從而減少了反射率，避開了探測；另一方面，納米微粒的表面能比常規(guī)材料要多得多，這就使納米微粒對電磁波的吸收很強，使反射回去的電磁波輕度大大減小從而很難被發(fā)現(xiàn)。納米級的硼化物，碳化物以及納米碳管在這方面很有發(fā)展前途。3，在環(huán)境保護方面的應用。礦物能源的短缺，環(huán)境污染困擾著人們，納米材料在環(huán)境保護，環(huán)境治理和減少污染方面的應用，已經(jīng)呈現(xiàn)出欣欣向榮的景象。納米顆?？梢钥咕?、防腐、除臭、凈化空氣、

30、優(yōu)化環(huán)境，便于降解等，此外還可以吸附重金屬離子凈化水質，吸附細菌，病毒，有毒離子等。4、制成集成電路、超大規(guī)模集成電路，開辟了微電子技術的新時代。將晶體管、電阻、電容等元件及相應的連線同時制作在一塊面積很小的半導體晶片上，使這成為具有一定功能的電路，這就是集成電路。在大規(guī)模集成電路中，在面積比小拇指的指甲還小的一塊半導體晶片上可以集成上百萬個電子元件。集成電路的制成，開辟了微電子技術的時代。5、半導體的發(fā)展前景人膠還用斗導體制成了半導體激光器、半導體太陽電池等，半導體在現(xiàn)代科學技術中發(fā)揮著重要作用。1.2納米氧化錫1.2.1納米SnO2的結構純SnO2屬于四方晶系，金紅石結構，空間群為D144

31、nP/。單位晶胞有6個原子，其42/mm中2個Sn原子，4個0原子，如圖1.1所示。每個Sn原子位于6個0原子組成的近似八面體的中心，而每個O原子也位于3個Sn原子組成的等邊三角形的中心，形成6：3的配位結構。晶胞參數(shù)分別為a=473.7pm,c=318.5pm,c/a=0.673,O2-離子和Sn4+離子半么分別為140pm和72pm。SnO2的電子構型為Sn的5S25P2形成導帶，0的2S22P4形成價帶，每個0的2P軌道接受Sn的兩個電子形成穩(wěn)定的八面體，由于Sn的5S為一寬帶，從而形成的SnO2為寬帶半導體。1.2.2納米SnO2的應用納米SnO2是典型的n型半導體，其Eg=3.5eV

32、(300K),具有比表面大、活性高、熔點低、導熱性好2等特點，在氣敏材料、電學方面、催化劑、陶瓷及化妝品方面應用比較多。SnO2是目前廣泛應用的一種半導體氣敏材料，普通SnO2粉為基體材料制成的燒結型電阻式氣敏元件，對多種還原性氣體具有很高的靈敏度，但器件的穩(wěn)定性和一致性等方面還不令人滿意。SnO2納米粉體在陶瓷工業(yè)中可用作釉料和搪瓷乳濁劑。在電學方面，抗為靜電劑顯示出比其它抗靜電材料較大的優(yōu)越性，并且在光電顯示器、透明電極、太陽能電池、液晶顯示、催化等方面有很大優(yōu)點。此外，納米二氧化錫復合材料也是目前開發(fā)的一個熱點，在制備SnO2材料的過程中，通過添加少量的摻雜劑，來改善其選擇性和降低電阻率

33、，或者SnO2作為摻雜材料。利用納米SnO2粉體的紅外反射性能，結合納米TiO2粉體吸收的紫外光的特點，摻雜有TiO2的納米SnO2粉體，具有抗紅外和抗紫外的特點，制出的化妝品更能起到保護皮膚的作用。21.2.3納米SnO2的制備原料與方法研究納米SnO2粉體的制備方法很多，例如：真空蒸發(fā)凝聚法、低溫等離子法、水解法、醇鹽水解法、化學共沉淀法、溶膠一凝膠法，近期還出現(xiàn)了微乳液法，水熱合成法等。每種制粉方法各有特點，但是在目前技術裝備水平和納米粉體應用市場還未真正形成的條件下,上述納米粉體制備方法由于技術成熟度或制備成本等方面的原因，大多都還未形成具有實際意義上的生產(chǎn)規(guī)模，主要還處于提供研究樣品

34、階段。傳統(tǒng)方法制備SnO2基燒結型、厚膜型氣敏元件時，均要對SnO2粉體先行制備，然后通過制模或絲網(wǎng)印刷等技術進行成型。隨著納米技術的發(fā)展，納米粉體己經(jīng)取代微米級SnO2粉體；納米粉體有巨大的比表面積、更多活性中心和氣體吸附位置，其表面能級密度的降低會引起納米顆粒在氧化還原氣氛中電阻的顯著變化。另外根據(jù)晶粒尺寸效應，只要顆粒粒徑(d)符合d2Ld時，材料就可以獲得極高的靈敏度，這些優(yōu)異性質提高了SnO2氣敏元件的氣敏性能、響應速度和可靠性，并在一定程度上降低了功耗，結合其他手段可以實現(xiàn)常溫下敏感和工作的目的。1、溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法工藝過程包括作為反應產(chǎn)物的氧化物或氫氧化物濃溶膠的制備,以

35、及除去溶劑使其轉化為凝膠的縮聚反應過程。該法分為非醇鹽法和金屬醇鹽法，前者是以Sn的無機化合物(如SnCl2,SnCl4等)為前驅體進行水解,后者是先獲得Sn的有機醇鹽，如Sn(0C2H5)4等,再進行水解。以SnCl4為原料制備了粒子尺寸均勻、平均粒徑為23nm的四方錫石結構的SnO2粉料；用醇鹽水解，以十八烷硬脂酸(STA)作為添加劑合成Sn02,該法不但可以減少團聚，而且制得了孔大小可控的多孔SnO2超細顆粒。此外，利用價態(tài)不同的Sn2+和Sn4+鹵化物和醇鹽混合制備出超細SnO2，從原料使用上提供了新的思路。合成過程中加入適當?shù)奶砑觿?，有助于得到良好的產(chǎn)物。金屬Sn顆粒溶解在硝酸中，加

36、入檸檬酸作為穩(wěn)定劑，合成了超細Sn02。研究表明,檸檬酸起到穩(wěn)定前驅體溶液、減慢水解和濃縮過程的作用。用硅烷偶聯(lián)劑KH-570表面修飾SnO2,改善了SnO2超細微晶在水中的疏水性和分散性。熱處理過程對最終產(chǎn)物的性能影響很大，尤其在高溫焙燒時，出現(xiàn)顆粒長大，導致比表面減少。有人考察了該法制備的超細SnO2在不同熱處理條件下晶粒的生長過程，發(fā)現(xiàn)溫度較低時(500C),晶粒生長活化能較低，晶粒生長緩慢；溫度較高時(500C),活化能大,晶粒生長迅速。分別以SnCl4和SnCl2為原料，利用超臨界流體干燥技術合成了高比表面積的超細SnO2粉體,不過該干燥技術在操作上不易控制。比較不同電解質用量和不同

37、干燥方式對水溶膠干燥的影響，研究發(fā)現(xiàn)在不同的干燥過程中SnO2的晶化作用和縮聚作用是互相獨立進行的。用溶膠-凝膠法制備了超細SnO2,對SnO2晶體顆粒長大過程進行了動力學研究,認為顆粒長大除了因為邊界原子的擴散遷移，還因為界面原子Sn-O鍵長和O-Sn-O鍵角在熱處理過程產(chǎn)生結構松弛引起的。溶膠-凝膠法所需設備簡單,操作易于控制,但處理時間較長,得到的凝膠不易洗滌;用醇鹽水解時,原料為有機物,成本高,對環(huán)境污染也較大。不過作為一種可行的超細材料制備方法是具有極大的潛在前景的。2、水熱合成法水熱合成法是在一個密閉容器內,利用密閉體系中溫度和蒸汽壓力產(chǎn)生的高溫高壓將溶解度低的結晶溶解,再從該溶液

38、中將溶解度低的結晶析出來的一種制備方法。以SnCl45H20為原料合成超細SnO2,產(chǎn)物的形成經(jīng)歷了溶解-結晶過程，先是SnCl4的水解，形成無定形Sn(OH)4,接著Sn(OH)4發(fā)生脫水縮合和晶化作用，形成SnO2超細微晶。密閉體系中較高的溫度和較大的水蒸氣壓力有利于破壞前驅體微粒之間的團聚和聯(lián)結,促進SnCl4的水解和Sn(OH)4的脫水縮合，得到結晶良好、晶粒比較均勻的產(chǎn)物。研究表明，反應溫度、介質酸度和反應物濃度等,對產(chǎn)物的形貌、組成和結構以及產(chǎn)物的產(chǎn)率有重要的影響。采用水熱合成法，考察不同的反應條件及相關的后處理過程,實現(xiàn)對SnO2超細晶形態(tài)的調控，產(chǎn)品TEM表征顯示，所制得的Sn

39、O2超細晶粒尺寸小且均勻，分散性好,無團聚現(xiàn)象。用溶劑熱技術分別在油酸體系和無水乙醇體系中用水熱法合成了球形和菱形的SnO2超細微粒，根據(jù)表面活性劑球狀膠束的形成模型解釋了球形SnO2超細微粒的形成機理，同時分析了菱形SnO2超細微粒的形成過程。用金屬Sn為原料，分別在不同的酸液中合成SnO2超細微粒。這種方法與用Sn的鹵化物為原料的方法相比，優(yōu)點在于避免了Cl-的污染，但Sn必須是高純度金屬。水熱合成反應在高溫高壓下進行，水熱處理后可以有效抑制粉末在干燥焙燒等熱處理中的熱增長，制備的粒子粒度均勻，結晶度高，晶態(tài)完整，形貌比較規(guī)則，具有較高的燒結活性。3、化學沉淀法沉淀法是利用可溶性錫鹽在沉淀

40、劑作用下，生成Sn(OH)4沉淀，經(jīng)過陳化、過濾、洗滌和熱處理，得到粒徑在幾十個納米的SnO2粒子，常以尿素、氨水和NaOH溶液等作沉淀劑。將固體SnCl22H20溶解在鹽酸中用氨水沉淀，沉淀經(jīng)紅外燈加熱干燥，再在氧氣流中氧化成SnO2,XRD表征,得到的SnO2樣品為金紅石結構，分散性好，顆粒尺寸分布窄。將SnCl22H20放在帶有冷凝裝置的水介質中先水解144h,后用氨水中和，獲得顆粒在20nm以內的SnO2粉末。但直接用氨水沉淀，由于濃度改變速度較快，很難控制沉淀顆粒的形狀和大小，用尿素在一定程度上可以解決這個問題。比較了氨水和尿素對沉淀的影響,發(fā)現(xiàn)在加熱到85C后尿素緩慢分解成NH+4

41、和OH-,溶液有足夠的時間分散OH-,使整個溶液的pH保持穩(wěn)定，有利于沉淀緩慢均勻地形成，從而很好地控制了沉淀的顆粒形狀和大小。該法涉及沉淀的成核和晶核生長以及擴散等許多復雜過程。實驗表明,通過控制成核及晶粒生長速度,可以達到對初始粒子的有效控制,沉淀物在母液中長時間高溫老化有利于提高初始粒子的晶化程度和焙燒后的比表面，促進樣品的純化。研究發(fā)現(xiàn)，沉淀在低溫（50C）下長時間干燥后再焙燒可以得到粒徑小的SnO2粉末（1030nm）。沉淀法設備和工藝簡單，成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，但制備過程中存在的最大問題是SnO2超細粉末的團聚。由于超細粒子處于一種非穩(wěn)定相態(tài)，隨外界條件的改變極易團聚、內部重結晶

42、，轉化為晶粒較大的粒子，因而，易引進雜質，不易保證顆粒的均勻性，粒徑大小不好控制。4、模板劑法用Na2SnO3為起始原料，以陽離子表面活性劑為模板劑,合成的SnO2在450C焙燒10h可徹底除去表面活性劑,獲得了比表面156.8m2/g、孔容0.21cm3/g的產(chǎn)物。該制備體系中存在前驅體與表面活性劑超分子組裝體（模板），它們之間通過次價鍵作用，前驅體在模板周圍堆砌，通過脫模處理得到相應的介孔結構材料。模板是表面活性劑在一定條件下自組裝形成的超分子結構，不同條件下，超分子結構具有不同形態(tài)。這種超分子結構可以指導前驅體物種成核、生長、變形。不同前驅體和不同模板劑之間作用模式不同，有:S+I-,S

43、-I+,S+X-I+和SOIO,S是表面活性劑，I是前驅體物種，X是中間離子。用中性表面活性劑C12H25NH2（DDA）為模板劑，在弱堿條件下合成介孔SnO2超細材料。該材料在300C焙燒可以除去模板而不引起孔的塌縮，比表面達359m2/g;350C焙燒孔開始塌縮，比表面為325m2/g;在400C焙燒孔被嚴重破壞，比表面只有112m2/g。Wang等27,28首次在酸性條件下用陰離子表面活性劑CTAB作模板劑合成超細SnO2,指出S+和I-之間基于靜電作用，通過S+X-I+方式實現(xiàn),X-（為鹵素離子或0H-）在兩者之間通過弱氫鍵起到緩沖斥力的作用，CTA+和OH-之間的作用起到延遲無機離子

44、的結合的作用。模板劑合成的特殊的優(yōu)點就是能夠獲得其它方法難以得到的高比表面，但在較高溫度除去模板時往往伴隨著孔結構的塌縮而使高比表面大大降低。如何提高材料在除去模板劑后的熱穩(wěn)定性，從而提高在催化劑和電化學等方面的應用，是需要進一步研究并解決的問題。5、檸檬酸凝膠燃燒法此法是將金屬錫鹽和一種有機燃料混合而形成的凝膠快速點燃的過程。用純金屬Sn為原料，檸檬酸為燃料,硝酸為氧化劑，將硝酸鹽和檸檬酸鹽的凝膠混合液燃燒獲得SnO2產(chǎn)物,焙燒后的微粒大小在2035nm,比表面積達42m2/g。研究發(fā)現(xiàn),檸檬酸用量和燃燒的著火溫度、燃燒后熱處理溫度等對產(chǎn)物最終性能有較大的影響。以SnCl22H20飽和水溶液

45、和檸檬酸混合得到的無定形金屬檸檬酸玻璃狀凝膠作為前驅體合成了球形且有良好熱抗性能的SnO2顆粒,TEM圖表明，在600C焙燒后，產(chǎn)物顆粒分布均勻，尺寸在1213nm,在900C焙燒后比表面積仍高達41.4m2/g。6、微波合成法微波能量量子化，比化學鍵低，不破壞分子中的化學鍵，且電場和磁場的強度不引起化學反應平衡的移動。因此利用微波合成不僅極大地加速合成與晶化的速度，而且改善目標產(chǎn)物的品質，使其表現(xiàn)出比常規(guī)方法合成的產(chǎn)物具有更優(yōu)異的性能。采用2.45GHz、最大功率1kW微波處理氯化錫溶液，以XRD,TEM,XPS和FTIR等對產(chǎn)品結構特性進行表征，成功制備了具有良好性能的超細Sn02粉末。將

46、0.1mol/L的SnCl45H20和6g/L尿素，總體積為50mL的混合溶液放到微波回流系統(tǒng)中用10%的功率加熱，反應10min產(chǎn)物開始生成，繼續(xù)15min反應完成，產(chǎn)物經(jīng)不同溫度熱處理后顆粒尺寸均在60nm內。7、微乳液法微乳液是一種熱力學穩(wěn)定的分散體系,其分散相液滴的大小均勻,粒徑在1020nm，且高分散，對獲得均勻性好、顆粒度小的氧化錫是非常有利的，在制備超細材料上已經(jīng)得到廣泛的應用。用表面活性劑K12和AES與正丁醇形成乳液合成平均晶粒只有6nm、平均顆粒不大于20nm的Sn02o用油包水微乳液合成了高比表面的SnO2,考察了焙燒溫度對比表面的影響,發(fā)現(xiàn)微乳液法合成的產(chǎn)物隨焙燒溫度的

47、升高變化不很明顯，這可能與產(chǎn)物介孔結構有關。熱處理前，表面活性劑存在于介孔中，隨焙燒溫度上升，雖然產(chǎn)物顆粒有所長大，但由于表面活性劑從介孔中除去帶來新的比表面，使比表面反而輕微地增大。8固相化學合成法固相反應能否進行取決于固體反應的熱力學函數(shù)即整個反應吉布斯函數(shù)改變值小于零和固體反應物的結構。該法根據(jù)不同起始原料和反應過程，可以一步反應合成37，也可以分兩步反應合成。采用SnCl45H2O按SnCl45H20(s)+4K0H(s)=4KCl(s)+SnO2H20(s)+6H2O(g)一步反應合成無規(guī)則多面體超細SnO2。反應中副產(chǎn)物KCl形成隔層可以防止超細顆粒的長大，同時起著吸熱介質、減慢反

48、應速度的作用；反應過程伴隨強烈的熱效應促使中間產(chǎn)物Sn(OH)4分解成SnO2o由于反應多發(fā)生在試劑的表面,反應過程中顆粒周圍的組分和密度不同，使超細顆粒向著不同方向增長，使產(chǎn)物呈無規(guī)則多面體形態(tài)。用SnCl22H20和KOH在室溫下混合研磨,按反應SnCl22H20(s)+2K0H(s)=2KCl(s)+Sn0(s)+3H20(g)先合成SnO,再通過反應2Sn0(s)+02(g)=2Sn02(s)將SnO氧化成Sn02。研究發(fā)現(xiàn),氧化后產(chǎn)物的顆粒比未氧化前小。由于該法反應過程放出大量的熱,速度快，成核速度大于生長速度，對獲得粒徑較小的超細粉體有利。但反應劇烈，放熱多，反應的熱控制問題不能完

49、全解決，超細SnO2顆粒只能自然生成而不能完全控制。9、其它一些合成方法采用真空氣體凝聚法，得到粒徑在6nm以下的氧化錫微粒；采用液體熱解法，獲得634nm的穩(wěn)定SnO2顆粒。以SnCl2、無水Na2C03為原料,NaCl作為稀釋劑，用機械化學粉碎法合成2540nmSnO2o采用機械化學過程和旋涂方法制備了分散性良好的平均顆粒尺寸為24nm的SnO2粉體。Sn02納米材料的表征納米材料的表征主要是通過透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射、比表面積法等。用透射電鏡可直接觀察產(chǎn)物的平均直徑和粒徑的分布；掃描電鏡可觀察產(chǎn)物的形貌及尺寸；x射線衍射可測定產(chǎn)物的晶粒度掃描電子顯微鏡(SEM)：能夠

50、直接觀察樣品表面的結構、形貌、平均直徑或粒徑的分布,樣品制備過程簡單，不用切成薄片，樣品可以在樣品室中作三度空間的平移和旋轉，因此，可以從各種角度對樣品進行觀察,圖象的放大范圍廣,分辨率也比較高,最高可放大六十萬倍,它基本上包括了從放大鏡、光學顯微鏡直到透射電鏡的放大范圍；透射電子顯微鏡(TEM):用透射電鏡盯觀察納米粒子平均直徑或粒徑的分布，電鏡測試是觀察測定顆粒度的絕對方法，因而具有可靠性和直觀性，以高能電子穿透樣品，根據(jù)樣品不同位置的電子透過強度不同或電子透過晶體樣品的衍射方向不同，經(jīng)過后面電磁透鏡的放大后，在熒光屏上顯示出圖像；分辨率可達0.311II1,其樣品可放在直徑23nm的銅網(wǎng)

51、上進行測試；xRD:電鏡觀察法測量得到的是顆粒度而不足晶粒度，x射線衍射線寬法是測定顆粒晶粒度的最好方法。當顆粒為單晶時，該法測得的是顆粒度，顆粒為多晶時，該法測得的是組成單個顆粒的單個晶粒的平均晶粒度，這種測量方法只適用晶態(tài)的納米粒子顆粒度的評估。該法可以鑒定物質晶相的尺寸和大小，并根據(jù)特征峰的位置鑒定樣品的物相，檢測純度及結構,再用謝樂公式計算晶粒尺寸。采用靶材為CuKa(入=1.54178)的ThermoARLXTRA型X射線衍射儀(XRD)來分析產(chǎn)物結構，用SIRI0N場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)觀察樣品的形貌結構，并利用Perkin-Elmer公司的Lambda900UV/Vi

52、s光譜儀測定樣品的紫外/可見吸收光譜，得到樣品的光學吸收性能。圖1為樣品的XRD圖譜。圖1中所有的衍射峰都與標準卡片(JCPDSNo.77-0449)的峰值非常吻合，說明樣品為均一的正方結構的Sn02o圖2是產(chǎn)物的場發(fā)射掃描電鏡照片。從電鏡照片中可以看出,樣品顆粒的形狀相似，尺寸均勻，直徑大約為60nm，且分散性很好，這使其應用于氣敏元件上具有很大的優(yōu)勢圖丨SnQ瀏米鞍粒的X射建衍射閉譜室溫下，用PerkinElmersLambda900UV/Vis測得其紫外可見吸收光譜，見圖3。本文利用該圖譜，計算該Sn02納米顆粒的禁帶寬度。主要用到以下系數(shù)系統(tǒng)與禁帶寬度的公式：(ahu)B(hu-Eg)

53、n(1)式中B為常數(shù)；a為光的吸收率;Eg為禁帶寬度;n可依據(jù)電子躍遷的種類取1/2或2,當電子躍遷種類分別為直接躍遷和間接躍遷時,n分別取值為1/2和2;hu為光子能量,單位為eVoSn02為直接能帶半導體，故其n=1/2。因此，式(1)可化為：(ahu)2(hu-Eg)(2)由式(2)可得，(ahu)2與(hu-Eg)成正比，如果把式(2)建立一個以橫坐標hu、縱坐標為(ahu)2坐標體系中，那么，當(ahu)2=0時，(hu-Eg)=0，所以曲線上直線部分在x軸上的截距就是該材料的禁帶寬度，見圖4。由圖4可得該Sn02納米顆粒的禁帶寬度約為3.6eVo200300WO500600700f

54、lCXJ迪掃nrtiSnO,納米順粒的紫外町見吸收光譜2.0J.SM1.412l.0ftsQ.f?y.+0.20D圖4公式肛中在坐禰系中的關系1.3制備過程中制備條件的影響1.3.1水解溫度的影響在未到達最高Sn02收率水解溫度前，水解溫度越高，Sn02收率越高；當超過了最高SnO?收率水解溫度后，水解溫度越高，SnO2收率越低。221.3.2水解時間的影響在未達到最高SnO2收率水解時間前，水解時間越長，SnO2收率越高；當超過最高SnO?收率水解時間后，水解時間越長，SnO收率越低。iO2086099M/姿AI1OUSTOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark32

55、0153045607590水解時間/min1.3.3SnCl4加入量的影響在未達到最高SnO收率加入量前，SnCl4加入量越多，SnO收率越高；當超過最高SnO2422收率SnCl4加入量后，SnCl4加入量越多，SnO收率越低。4421.3.4濃度的影響初始SnCl4反應物的濃度決定沉淀顆粒的直徑。SnCl4濃度過大，沉淀易團聚；SnCl4濃度過低，反應時間延長，顆粒也會長大。當初始SnCl4濃度較低時，SnO2收率緩慢變化;當達到某一濃度時，SnO2收率隨著SnCl4濃度的增加而驟升；而到達最高S；02收率后，SnO?收率則隨著SnCl4濃度的增加而緩慢降低，然后穩(wěn)定在某一比率上。22 Q

56、?IIiII00.30,60.91.21.5SnCi濃度/(molL)1.3.5煅燒溫度的影響隨著煅燒溫度的升高，Sn(0H)4不斷分解，Sn(0H)4分解率不斷增加；當高于某一溫度時，Sn(OH)4完全分解為SnO2,Sn(OH)4分解率達到100%。1.3.6煅燒時間的影響隨著煅燒時間的延長,Sn(0H)4不斷分解，當達到某一時間后,Sn(0H)4完全分解為SnO?,Sn(OH)4分解率達到100%。 050508751*-A111111060120180240300360鍛燒時間/min3.氧化錫納米粉體制備過程中制備條件對粉體粒徑及形貌的影響。溫度低于500時所得粉體的顆粒晶粒尺寸小于

57、15nm晶粒生長速率隨溫度變化不大但當溫度高于500時晶粒尺寸隨著溫度升高而迅速增大這是因為晶粒生長速率隨溫度成指數(shù)規(guī)律增加所以溫度較高時粒度隨時間增長較大這一臨界溫度約為530J,納米Sn02晶粒隨著溫度升高，粉體粒徑不斷增大，當溫度高于納米Sn02。的晶化溫區(qū)（約600。C）時，晶粒將迅速長大,使Sn02比表面積減小。當?shù)渭铀俣刃〉臅r候，由于溶液在高速攪拌，生成的沉淀量比較小,很快就分散到溶液中，所以形成的沉淀顆粒也比較小，制備出的Sn02：顆粒的尺寸就比較小。攪拌速度大的時候，沉淀在溶液中分散不均勻，由于生成的沉淀量大，很容易引起團聚，所以制備出的sn02：:顆粒的尺寸就會比較大。溶液中

58、加入有機試劑時，二氧化錫顆粒為圓球狀或橢球狀，尺寸在0.81.0m之間。這是因為加入有機試劑及表面活性劑后，構成類似微乳液的溶液。而由微乳液的特性可知：它是一種熱力學穩(wěn)定的分散體系，由大小均勻的小液滴組成，微乳液組成確定后液滴的粒徑保持定值，由于在液滴內可增溶各種不同的化合物，微乳液的小液滴特別適合做反應介質。利用微乳液增溶水舍錫離子的方法，加入硝酸后，硝酸在液滴內與錫酸鈉反應。由于液滴的大小是固定的，所以生成氫氧化錫沉淀后，其被包裹在液滴中，沉淀顆粒的大小就受到液滴大小的控制，因此所得sn02：顆粒尺寸較小且粒度分布比較均勻。而沒有加入有機試劑時，沉淀發(fā)生沒有液滴的包裹，所以聚集的機會要大得

59、多，Sn02：的形貌很不規(guī)則，顆粒的大小差異很大。4.實驗原理4.1實驗提要本實驗包括超細粉體的制備和超細粉體氣敏性能測試兩大部分。氣敏性能測試包括氣敏元件的制備和氣敏元件的敏感特性。本實驗中要求制備出納米氧化錫,將所制備納米SnO2制備成旁熱式氣敏元件，并測試氣敏元件的氣敏性能。半導體氣敏元件的工作機理比較復雜，雖然已采用各種物理手段進行研究，但理論工作仍處在探索之中，很多問題尚不清楚。但是各種半導體氣敏元件都是利用所吸附的氣體分子與元件表面或體內的作用而使半導體的電導率發(fā)生變化這一機制是公認的。對SnO2來說，其晶格為氧離子缺位。當與空氣接觸時，它首先吸附空氣中大量存在的氧，這些氧從半導體

60、捕獲電子而形成02-、0-、O2-，這時半導體表面形成耗盡層，表面電導下降，這時通過氣敏元件的工作電流很小。當處于這種狀態(tài)的氣敏元件遇到還原性氣體時，吸附氧就把所捕獲的電子重新給予半導體，耗盡層逐步消失而表面電導增加。根據(jù)工作電流增加的量，可以確定待測氣體的濃度，從而達到檢測的目的。4.2實驗原理超細粉體制備原理超細粉體制備采用液相沉淀法，以SnCl為原料，制備過程主要分為兩個階段一水解反4應和熱處理過程，其原理如下：SnCl+3H0-Sn(0H)；+3HCl424Sn(OH)-SnO+2HO422旁熱式半導體氣敏元件的制備原理圖2氣敏元件結構圖1-加熱絲；2-管芯；3-防爆網(wǎng)定溫度下工作，以