Физико-химические свойства газочувствительной оксидной композиции WO3 – In2O3, полученной золь-гель методом

Abstract

Методами рентгенофазного анализа, ИК-спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, термогравиметрии и дифференциального термического анализа, измерения удельной поверхности изучено формирование кристаллической структуры оксида индия (In2O3) и его композиции с оксидом вольфрама (WO3) при температурах 400–850 °С. Установлено образование в процессе совместного отжига оксидов при 800 – 850 °С гетерогенного материала с преобладанием фазы In2(WО4)3. Изучено влияние на структуру и морфологию WO3 и In2O3 ультразвукового воздействия (29 кГц) в процессе золь-гель синтеза, которое заключается в получении материалов с существенно меньшими значениями областей когерентного рассеяния. Установлено существенное возрастание газовой чувствительности смешанной композиции по сравнению с исходными In2O3 и WO3. Например, чувствительность (сенсорный отклик) композиции In2O3 : WO3 = 95 : 5 к 0,01 % (100 ppm) СО/N2 и 0,01 % по объему (100 ppm) СН4/N2 в четыре раза выше, чем для чистого оксида индия. Введение в состав In2O3 добавки WO3 в количестве 5 мас. % приводит также к увеличению чувствительности к NO2 и смещению области высокой чувствительности к меньшим температурам. Композиция In2O3 и 5 мас. % WO3 пригодна для использования в качестве чувствительного слоя датчика NO2 в составе портативных газоанализаторов воздуха, поскольку позволяет детектировать наличие диоксида азота на уровне ПДК (0,04 мг/м3, или 20 ppb) и ниже. = The methods of X-ray diffraction, intrared spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetry and differential thermal analysis, specific surface measurements the formation of the crystal structure of indium oxide and its composition with the tungsten oxide WO3 at 400–850 °C was investigated. Heterogeneous material with predominance In2(WO4)3 phase during annealing at 800–850 °C was formed. Influence of ultrasound (29 and 35 kHz) in the process of sol-gel synthesis have been studied. This action leads to the preparation of the material, which shows a much smaller crystallites. The composition has a larger gas sensitivity as compared with the initial oxides. For example, the sensitivity (the sensor responce) of In2O3 : WO3 = 95 : 5 to 0,01 vol. % (100 ppm) of CO/ N2 and 0,01 vol. % (100 ppm) of CH4 / N2 is four times higher than for pure indium oxide. Addition of WO3 to In2O3 in an amount of 5 % by weight also increases sensitivity to NO2. Furthermore we see a shift of the high sensitivity of the area to the lower temperatures.