TiO2/SnO2纳米晶复合材料薄膜紫外光照下气敏机理研究

气敏机理的研究是气敏材料性能提高与材料创新的基础。传统的氧化物气敏材料是利用加热方式来活化气敏反应，对其气敏机理的分析主要是通过反应前后气体成分的变化来推测，目前还难以获得气敏材料在反应中的状态变化。利用非加热的紫外光照替代加热来活化气敏反应，使得利用实验手段捕获气敏反应中薄膜的中间状态成为可能。.本申请拟利用XPS、STM/AFM等分析技术，获得紫外光照下TiO2/ SnO2纳米晶复合材料薄膜在气敏反应中薄膜表面纳米微粒的化学状态、微结构等信息，特别是"STM/AFM原位扫描"技术，在原位连续地测定气敏反应过程中薄膜表面电子结构、化学状态的变化。根据氧化还原理论建立气敏机理的理论模型，将计算机模拟数据与实测的薄膜中间状态的电子结构、化学状态等特征参数进行比较分析，从而确定气敏反应的过渡状态、活化中心位置，揭示氧化物的气敏机理。为氧化物半导体气敏材料的设计与开发提高理论支持。

项目研究制备了多种不同结构的纳米氧化锡，氧化锡钛复合材料，对不同纳米结构材料的组成、晶型、形貌等进行了详细的分析表征。并对不同纳米结构氧化物材料的气敏性能进行了系统的测试。发现多孔结构的纳米薄膜有助于提高材料气敏性能，项目研究制备出珊瑚状纳米氧化锡及氧化锡钛复合材料，这种介孔结构材料具有极佳的气敏性能，以SnO2和Sn0.9Ti0.1O2为基础的元件在160℃时对乙醇的灵敏度高达800，响应-恢复时间小于1min，其对不同气体的灵敏度顺序为，乙醇>甲醛>丙酮>100>甲苯>氢气>甲烷>苯。研究发现利用非加热的紫外光照替代加热来活化气敏反应，在室温下，紫外光照即可激发氧化锡、氧化锡钛及其复合材料对乙醇、甲醛的气敏性能，但材料对氢气、甲烷、苯不敏感。项目珊瑚状氧化物材料为基础研究了半导体氧化物材料的气敏机理，特别是紫外光照下的气敏过程，提出了空气中紫外光照下，氧化物半导体材料新的导电机制及其气敏机理，指出光生电子促进了物理吸附氧转化为化学吸附氧（O2-,O-），增加半导体的耗尽层，降低了光照下材料的电导率，这将有利于提高材料气敏灵敏度。项目研究利用FT-IR、XPS、STM/AFM等分析技术和计算机模拟技术研究了气敏反应中薄膜的中间状态以及光照下半导体气敏材料的气敏过程，直接原位测定了紫外光照下，气敏反应过程中，薄膜电阻的变化及其FT-IR光谱变化，证实了紫外光照下气敏反应对气敏材料表面吸附氧的影响。项目研究获得了高性能的珊瑚状纳米结构气敏氧化物材料，为氧化物半导体气敏材料的设计与开发提高基础材料以及理论指导。