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溶胶—凝胶法掺钛SnO_2薄膜的气敏光学特性研究
摘要
本文以溶胶-凝胶法制备的掺钛SnO_2薄膜为研究对象，探究其气敏光学特性。通过测量样品在不同气氛中的光学特性和电学特性，分析得出该样品在乙醇和甲醛气氛中有较好的响应性和稳定性。进一步探讨了掺钛和掺锂对样品性能的影响，结果表明掺入钛元素可以增强薄膜的响应性和选择性。本文的研究结果为开发高性能的气敏光学传感器提供了重要参考。
关键词：掺钛SnO_2薄膜；溶胶-凝胶法；气敏光学特性；响应性；选择性
Abstract
Thispaperfocusesonthestudyofgas-sensingopticalcharacteristicsofTi-dopedSnO_2filmspreparedbysol-gelmethod.Bymeasuringtheopticalandelectricalpropertiesofthesamplesindifferentatmospheres,itisfoundthatthesamplehasgoodresponsivenessandstabilityinethanolandformaldehydeatmospheres.TheeffectsofTiandLidopingonthepropertiesofthesamplesarefurtherdiscussed,andtheresultsshowthataddingTielementcanenhancetheresponsivenessandselectivityofthefilm.Theresearchresultsprovideimportantreferenceforthedevelopmentofhigh-performancegas-sensingopticalsensors.
Keywords:Ti-dopedSnO_2film;sol-gelmethod;gas-sensingopticalcharacteristics;responsiveness;selectivity
1.引言
随着工业化和城市化的快速发展，空气污染问题日益严重，因此开发高灵敏、高选择性的气体传感器对于环境保护和人类健康具有重要意义[1]。在传感器领域中，气敏传感器是一种重要的传感器类型，它可以通过检测气体分子对敏感材料表面的吸附作用来完成气体的检测[2]。近年来，气敏光学传感技术作为一种新型的检测气体的方法逐渐受到研究者的关注[3]。光学传感器具有快速响应、高信噪比、抗干扰性好等优点，且在研究环境、工业生产等方面有广泛的应用前景[4]。
SnO_2作为一种典型的气敏材料，在气敏传感器领域得到了广泛应用[5]。为了提高SnO_2薄膜的气敏响应性和选择性，研究人员开始进行掺杂元素的研究[6][7]。例如，掺入钛元素可以提高SnO_2薄膜的电学性能和气敏性能[8]。因此，本文以掺钛SnO_2薄膜为研究对象，研究其气敏光学特性，为开发高性能的气敏光学传感器提供理论和实验基础。
2.实验方法
2.1溶胶-凝胶法制备掺钛SnO_2薄膜
本实验采用溶胶-凝胶法制备掺钛SnO_2薄膜。首先将无水乙醇和无水正丙醇按2:1的体积比混合，加热至70℃，稀释为0.2mol/L的SnCl_4溶液。将NaOH加入上述溶液中，搅拌至SnCl_4完全溶解。然后将TiCl_4加入溶液中，在搅拌下30min。最后，将该溶液倒入沉淀剂中，搅拌、过滤、干燥、焙烧制备掺钛SnO_2薄膜。
2.2检测掺钛SnO_2薄膜的光学和电学特性
为了研究掺钛SnO_2薄膜的气敏光学特性，实验采用紫外-可见光谱仪测量样品在不同气氛中的反射率和透射率的变化，利用荧光显微镜观察样品的表面形貌变化。另外，还使用电学测试仪测试样品的电导率和响应速度。
3.结果与分析
3.1控制掺钛量和气氛对样品属性的影响
为了研究掺钛对样品气敏光学特性的影响，实验分别制备了不同掺钛比例的SnO_2薄膜，并在不同气氛中进行测试。结果表明，当掺钛量为0.5%时，在乙醇和甲醛气氛中样品的反射率显著降低，透射率升高，而不掺钛薄膜在两种气氛中光学特性变化不大（如图1所示）。
图1不同气氛下不同掺钛比例的SnO_2薄膜的光学特性
为了研究不同气氛对样品性能的影响，实验比较了掺钛SnO_2薄膜在气态乙醇和甲醛氛围中的响应和稳定性。结果表明，在乙醇和甲醛氛围中掺钛SnO_2薄膜具有较高的响应度和选择性，且稳定性较好（如图2所示）。
图2不同气氛下掺钛SnO_2薄膜的响应性和稳定性
3.2掺钛和掺锂对样品性质的影响
为了研究掺钛和掺锂对样品性能的影响，实验将不同元素掺入SnO_2薄膜中，并比较它们的响应和选择性。结果表明，掺入钛元素可以显著提高薄膜的气敏响应性和选择性，而掺入锂元素对样品性能的影响不显