摻雜及構(gòu)建異質(zhì)結(jié)改善In2O3納米纖維的氣敏性能研究

摻雜及構(gòu)建異質(zhì)結(jié)改善In2O3納米纖維的氣敏性能研究

摘要：In2O3納米纖維因其良好的氧化物半導(dǎo)體特性被廣泛應(yīng)用于氣體傳感器領(lǐng)域。然而，由于其缺少活性表面及高電阻率，其氣敏性能有待進(jìn)一步提高。本研究通過摻雜和構(gòu)建異質(zhì)結(jié)的方法，改善In2O3納米纖維的氣敏性能。首先，通過溶膠-凝膠法制備了In2O3納米纖維膜，并采用電子顯微鏡和X射線衍射儀對其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。然后，在In2O3納米纖維中引入Fe摻雜，通過控制不同摻雜濃度，研究了Fe摻雜對納米纖維氣敏性能的影響。最后，利用射頻磁控濺射法在In2O3納米纖維膜上構(gòu)建了CuO/Cu2O異質(zhì)結(jié)，并研究了異質(zhì)結(jié)對納米纖維氣敏性能的影響。

關(guān)鍵詞：In2O3納米纖維；氣敏性能；摻雜；異質(zhì)結(jié)

1.引言

氣體傳感器是一種重要的微型傳感器，廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。In2O3納米纖維由于其高比表面積和優(yōu)異的氧化物半導(dǎo)體特性，在氣體傳感器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于In2O3納米纖維的表面缺少活性位點，并且電阻率較高，其氣敏性能有待進(jìn)一步提高。

2.實驗方法

2.1樣品制備

In2O3納米纖維膜的制備采用溶膠-凝膠法。首先，制備In2O3納米顆粒懸浮液，將乙酸鹽、乙二醇等溶解于甲醇中，經(jīng)過超聲分散和攪拌后，得到均勻的In2O3納米顆粒懸浮液。然后，將懸浮液倒入耐高溫玻璃鋼模具中，在300℃下進(jìn)行凝膠化反應(yīng)，得到固態(tài)In2O3凝膠。最后，將凝膠置于氧化性氣氛下進(jìn)行煅燒，形成In2O3納米纖維膜。

2.2樣品表征

利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察納米纖維的形貌，并通過X射線衍射儀（XRD）分析納米纖維的結(jié)構(gòu)。

3.結(jié)果與討論

3.1In2O3納米纖維膜的表征

通過SEM觀察，得到了In2O3納米纖維膜的形貌圖像，顯示其呈現(xiàn)出細(xì)長絲狀的納米纖維結(jié)構(gòu)。XRD結(jié)果顯示，In2O3納米纖維膜具有典型的結(jié)晶衍射峰，表明其晶體結(jié)構(gòu)良好。

3.2Fe摻雜對納米纖維氣敏性能的影響

通過改變Fe摻雜的濃度，研究了Fe摻雜對In2O3納米纖維氣敏性能的影響。實驗結(jié)果表明，隨著Fe摻雜濃度的增加，納米纖維對甲烷氣體的敏感性增強(qiáng)。這是由于Fe摻雜引入了額外的電子態(tài)，增加了In2O3納米纖維表面的活性位點，從而提高了其氣敏性能。

3.3異質(zhì)結(jié)對納米纖維氣敏性能的影響

利用射頻磁控濺射法在In2O3納米纖維膜上構(gòu)建了CuO/Cu2O異質(zhì)結(jié)。實驗結(jié)果表明，異質(zhì)結(jié)的引入顯著提高了納米纖維對甲烷氣體的響應(yīng)度和選擇性。這是由于CuO/Cu2O異質(zhì)結(jié)能夠吸附并催化甲烷氣體，從而增加了納米纖維的靈敏度和穩(wěn)定性。

4.結(jié)論

通過摻雜和構(gòu)建異質(zhì)結(jié)的方法，成功改善了In2O3納米纖維的氣敏性能。Fe摻雜引入了額外的電子態(tài)，增強(qiáng)了納米纖維的活性位點，提高了對甲烷氣體的敏感性。CuO/Cu2O異質(zhì)結(jié)的引入提高了納米纖維的響應(yīng)度和選擇性。因此，本研究為進(jìn)一步提高氣體傳感器的性能提供了有力的參考綜合上述研究結(jié)果，通過Fe摻雜和構(gòu)建CuO/Cu2O異質(zhì)結(jié)的方法成功改善了In2O3納米纖維的氣敏性能。Fe摻雜引入了額外的電子態(tài)，增強(qiáng)了納米纖維的活性位點，提高了對甲烷氣體的敏感性。同時，CuO/Cu2O異質(zhì)結(jié)的引入顯著提高了納米纖維的響應(yīng)度和選擇性。因此，本研究為進(jìn)一步提高氣