基于SnO2的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體氣敏傳感器的制備與研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，近年來環(huán)境污染問題日益加劇，對(duì)有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)變得愈發(fā)重要。研制靈敏度高、選擇性和穩(wěn)定性好、工作溫度低和響應(yīng)-恢復(fù)速度快的新型氣敏傳感器具有重要的意義。為了克服單一的金屬氧化物和有機(jī)半導(dǎo)體氣敏材料的不足，無機(jī)-有機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體氣敏材料引起了廣泛關(guān)注。無機(jī)-有機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體氣敏材料可以同時(shí)擁有兩種組份各自的優(yōu)點(diǎn)，并通過二者的協(xié)同效應(yīng)產(chǎn)生新的性能。因此，以無機(jī)-有機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體作為氣敏材料，有希望獲得具有優(yōu)良綜合性能的氣敏

2、傳感器。
　　本論文中，通過將有機(jī)半導(dǎo)體酞菁類配合物和聚3-己基噻吩與具有空間連通性的SnO2多孔納米固體復(fù)合，制備了無機(jī)-有機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體氣敏傳感器，并系統(tǒng)研究了它們對(duì)NO2的氣敏性能。與單純的有機(jī)或無機(jī)半導(dǎo)體氣敏傳感器相比，復(fù)合半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、選擇性好、工作溫度低以及響應(yīng)-恢復(fù)速度快的優(yōu)點(diǎn)。此外，還通過特定氣氛中的原位紅外光譜和原位霍耳效應(yīng)測(cè)試結(jié)果，分析解釋了無機(jī)-有機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體材料的氣敏反應(yīng)機(jī)理。論文主要內(nèi)容如下

3、:
　　(1)利用溶劑熱壓方法制備了SnO2多孔納米固體，并通過提出新的真空原位復(fù)合方法制備了SnO2-SiPc復(fù)合半導(dǎo)體材料。在復(fù)合半導(dǎo)體材料制備過程中，通過高真空熱處理獲得了具有清潔表面的SnO2多孔納米固體，有效地促進(jìn)了SiPc與SnO2界面的相互作用和成鍵。測(cè)試結(jié)果表明，SnO2-SiPc復(fù)合半導(dǎo)體具有遠(yuǎn)高于SiPc和SnO2的載流子濃度和遷移率，而且以濃度為5mg/ml的SiPc溶液與SnO2多孔固體復(fù)合制備的SnO2-

4、SiPc復(fù)合半導(dǎo)體氣敏傳感器對(duì)NO2氣體有最高的靈敏度和良好的選擇性。此外，SnO2-SiPc復(fù)合半導(dǎo)體在300℃熱處理后，不僅載流子濃度和遷移率進(jìn)一步提高，而且NO2的氣敏響應(yīng)性能也得到了很大改善。NO2氣氛中的原位霍爾效應(yīng)測(cè)試結(jié)果表明:SnO2-SiPc復(fù)合材料具有更高的電子濃度和遷移率，當(dāng)復(fù)合氣敏材料與NO2分子結(jié)合時(shí)，會(huì)有更多電子從復(fù)合材料向NO2分子轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致SnO2-SiPc復(fù)合半導(dǎo)體材料對(duì)NO2表現(xiàn)出更好的氣敏響應(yīng)性能

5、。
　　(2)通過溶膠-凝膠法和溶劑熱壓法合成了具有更大比表面積的SnO2多孔納米固體。進(jìn)一步地，利用真空復(fù)原位合方法將SnO2多孔納米固體與能級(jí)匹配度更高且溶解性更好的聚3-己基噻吩(P3HT)復(fù)合，制備了SnO2-P3HT復(fù)合半導(dǎo)體材料。SnO2-P3HT復(fù)合半導(dǎo)體材料中出現(xiàn)了顯著的協(xié)同效應(yīng):與純SnO2多孔固體相比，以濃度為10mg/ml的P3HT溶液與SnO2多孔固體復(fù)合合成的SnO2-P3HT復(fù)合半導(dǎo)體，不僅具有更高的載

6、流子濃度和遷移率，而且對(duì)NO2氣體具有更高的靈敏度和更好的選擇性;通過原位測(cè)定復(fù)合半導(dǎo)體在NO2氣氛中的霍爾效應(yīng)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)SnO2-P3HT復(fù)合半導(dǎo)體材料的氣敏反應(yīng)，主要起源于復(fù)合半導(dǎo)體吸附NO2前后，載流子在P3HT和SnO2多孔納米固體之問的可逆轉(zhuǎn)移，以及與之相伴的協(xié)同效應(yīng)的產(chǎn)生和消失。
　　(3)利用壓差驅(qū)動(dòng)強(qiáng)制交換復(fù)合方法將難溶的CuPc和SnO2多孔納米固體進(jìn)行復(fù)合，成功制備了SnO2-CuPc復(fù)合半導(dǎo)體氣敏傳感器。與純

7、的SnO2多孔納米固體相比，SnO2-CuPc復(fù)合半導(dǎo)體具有更高的電子濃度和遷移率，制備的復(fù)合半導(dǎo)體傳感器比單純的SnO2多孔納米固體傳感器具有更高的靈敏度和選擇性、更低的工作溫度以及更快的響應(yīng)速度;原位霍爾效應(yīng)測(cè)試結(jié)果也表明，復(fù)合半導(dǎo)體具有更高的電子濃度和遷移率，從而導(dǎo)致SnO2-CuPc復(fù)合半導(dǎo)體氣敏傳感器對(duì)NO2氣體表現(xiàn)出更好的氣敏性能。
　　(4)利用原位紅外光譜方法，對(duì)SnO2、SiPc、P3HT、SnO2-SiPc和S