納米氧化銦薄膜的制備及性質(zhì)研究.pdf

1、氧化銦作為一種重要的n型半導(dǎo)體材料，具有2.8-3.6電子伏特的帶隙，被廣泛應(yīng)用在氣體傳感器，光電器件，太陽能轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。近年來，低維氧化銦納米結(jié)構(gòu)，如納米線、納米棒、納米帶等，多有報道，而作為一種有望在氣敏、場發(fā)射等領(lǐng)域有重要應(yīng)用的八面體結(jié)構(gòu)的氧化銦，其報道的較少，且僅有的報道其合成方法主要為化學(xué)氣相沉積法。
　　本文著重研究如何通過溫和的液相化學(xué)路線來制備八面體結(jié)構(gòu)的氧化銦，并通過調(diào)控其微觀結(jié)構(gòu)，進一步研究材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的

2、關(guān)系。主要的研究內(nèi)容如下：
　　1.基于普通玻璃基片的氧化銦八面體薄膜的制備及其氣敏性質(zhì)研究
　　通過溶膠凝膠法在普通的載玻片上制備納米氧化銦薄膜。實驗探討了原材料氯化銦（InCl3·4H2O）、溶劑冰醋酸(C2H5COOH)以及添加劑乙二醇（HOC2H4OH）和檸檬酸（C6H8O7·H2O）用量對溶膠質(zhì)量的影響，得到優(yōu)化條件，即當InCl3·4H2O為8.0 g，乙酸為10 mL，乙二醇為2 mL，乙醇為5 mL，水為3

3、mL，檸檬酸為1.2 g，低溫回流時間為2.5 h時，所得溶膠其粘度適合制膜。之后分別采用提拉法和旋涂法制膜。對溶膠以90 mm·min-1的提拉速度得到凝膠膜，然后在500?C下退火4小時得到微觀結(jié)構(gòu)為納米片的氧化銦薄膜；調(diào)節(jié)旋涂參數(shù)，使低轉(zhuǎn)速為5000 rpm，時間為50 s，高轉(zhuǎn)速為6500 rpm，時間為20 s進行旋涂，再在500?C下退火4h得到微觀結(jié)構(gòu)為八面體的氧化銦薄膜。
　　把兩種氧化銦薄膜制成氣敏傳感器，在室溫

4、下分別測試了其對二氧化氮氣體的響應(yīng)。實驗發(fā)現(xiàn)，相較于片狀結(jié)構(gòu)的氧化銦薄膜，八面體結(jié)構(gòu)的氧化銦薄膜對二氧化氮氣體有更高的靈敏度和分辨率，檢測限達到了100 ppb；此外，氣敏選擇性實驗表明，相較于其它常見的毒性氣體，如CO、NH3和H2等，器件對二氧化氮具有良好的氣敏選擇性。
　　2.基于FTO基片的摻氮氧化銦八面體結(jié)構(gòu)薄膜的制備及其光解水性能研究
　　薄膜采用上述的旋涂工藝進行制備。所用溶膠與上述溶膠基本相同，只是在其中添加

5、了0.08 g的尿素。采用轉(zhuǎn)速4500 rpm下旋涂50 s和隨后高轉(zhuǎn)速5000 rpm下旋涂20 s的工藝制得凝膠薄膜，然后經(jīng)過500退火處理4小時，在FTO基片上得到氧化銦八面體納米晶薄膜。作為對比，在FTO上用同樣工藝制備了不摻氮的薄膜，即所用溶膠未添加尿素。以所制得的摻氮氧化銦八面體納米晶薄膜為工作電極進行了光電化學(xué)分解水的實驗。實驗發(fā)現(xiàn)，在光強為一個太陽的模擬太陽光的照射下，摻氮改性后的八面體光解水的光電流可達到0.17 mA