摻雜及構建異質結改善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體特性被廣泛應用于氣體傳感器領域。然而，由于其缺少活性表面及高電阻率，其氣敏性能有待進一步提高。本研究通過摻雜和構建異質結的方法，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構進行了表征。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納米纖維膜上構建了CuO/Cu2O異質結，并研究了異質結對納米纖維氣敏性能的影響。

關鍵詞：In2O3納米纖維；氣敏性能；摻雜；異質結

1.引言

氣體傳感器是一種重要的微型傳感器，廣泛應用于環境監測、工業生產等領域。In2O3納米纖維由于其高比表面積和優異的氧化物半導體特性，在氣體傳感器領域具有廣闊的應用前景。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℃下進行凝膠化反應，得到固態In2O3凝膠。最后，將凝膠置于氧化性氣氛下進行煅燒，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）分析納米纖維的結構。

3.結果與討論

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，顯示其呈現出細長絲狀的納米纖維結構。XRD結果顯示，In2O3納米纖維膜具有典型的結晶衍射峰，表明其晶體結構良好。

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。這是由于Fe摻雜引入了額外的電子態，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異質結對納米纖維氣敏性能的影響

利用射頻磁控濺射法在In2O3納米纖維膜上構建了CuO/Cu2O異質結。實驗結果表明，異質結的引入顯著提高了納米纖維對甲烷氣體的響應度和選擇性。這是由于CuO/Cu2O異質結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定性。

4.結論

通過摻雜和構建異質結的方法，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，增強了納米纖維的活性位點，提高了對甲烷氣體的敏感性。CuO/Cu2O異質結的引入提高了納米纖維的響應度和選擇性。因此，本研究為進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果，通過Fe摻雜和構建CuO/Cu2O異質結的方法成功改善了In2O3納米纖維的氣敏性能。Fe摻雜引入了額外的電子態，增強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異質結的引入顯著提高了納米纖維的響應度和選擇性。因此，本研究為進一步提高氣