ZnO微/纳米结构的制备及其酒敏性能的研究

摘要

近年来，金属氧化物半导体气体传感器由于具有灵敏度高、响应快、制作简单、使用方便等优点已受到广泛关注。研究表明，通过改变敏感材料的微观形貌和缺陷可改变传感器的气敏性能，为设计高性能气体传感器提供了一个有效途径。纳米结构氧化锌(ZnO)形貌丰富多样，基于此本文制备了不同形貌结构的ZnO，并制成气体传感器，对比研究了材料微观结构对气敏性能的影响，并分析其相关气敏机制。主要结果如下：
　　首先，采用不同的方法分别制备了不同形貌的ZnO微/纳米结构，通过合成方法和参数调整实现ZnO纳米结构形貌的调控。利用水热法，合成了由纳米棒组成的花状ZnO分级结构；采用化学溶液生长法，合成了由纳米片组成的ZnO微/纳米球；采用两步溶液生长法，在ITO透明导电玻璃上合成了ZnO纳米棒阵列结构，并研究反应过程中氨水滴加量对ZnO纳米棒阵列的尺寸和择优取向的影响。
　　其次，采用传统的旁热式气敏元件的工艺制作过程，分别制备了基于商业ZnO粉体、ZnO纳米棒花状结构、棒状ZnO、ZnO微/纳米球气敏元件。四种传感器除商业ZnO传感器外，对乙醇均显示出高的响应和好的选择性。其中ZnO微/纳米球传感器的酒敏性能最优，可能是由于该结构比表面积大、（0001）极性面暴露多以及表面氧空位缺陷浓度高所致。结果显示通过改变制备方法和生长条件可控制ZnO的形貌，进而改善ZnO基传感器的气敏性能。
　　最后，利用化学溶液生长法制备了ZnO纳米棒阵列和ZnO纳米棒粉末。在氧化铝陶瓷管表面分别采用原位生长ZnO纳米棒阵列和涂敷ZnO纳米棒粉末两种途径制备了ZnO基气体传感器。测试结果表明，两种传感器的最佳工作温度均约在300℃；在气体浓度测试范围内，对乙醇气体的响应时间和恢复时间都较短，且响应浓度曲线均呈现良好的线性关系。其中粉体涂敷法制备的传感器酒敏性能优于原位生长所制备的传感器，表明不同的涂敷方法会导致其气敏性能不同，其对ZnO传感器的制备有参考价值。

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1 绪论

1.1 金属氧化物半导体气体传感器

1.2 气体传感器的性能参数

1.3 金属氧化物半导体气体传感器的敏感机制

1.4 纳米ZnO气体传感器的研究进展

1.5 本论文的构思和研究内容

第一章 参考文献

2 不同形貌ZnO微/纳米结构的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验试剂及仪器设备

2.3 ZnO纳米棒花状分级结构的制备及表征

2.4 ZnO微/纳米球的制备及表征

2.5 ZnO纳米棒阵列的制备及表征

2.6 本章小结

第二章 参考文献

3 不同形貌ZnO基传感器气敏性能的研究

3.1 引言

3.2 ZnO基气体传感器的制备

3.3 元件的气敏性能

3.4 形貌对气敏性能的影响机制

3.5 本章小结

第三章 参考文献

4 敏感层涂敷方法对ZnO基气体传感器酒敏性能的影响

4.1 引言

4.2 ZnO纳米棒阵列和粉体ZnO纳米棒的制备和表征

4.3 气体传感器的制备

4.4 元件的气敏性能

4.5 本章小结

第四章 参考文献

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

个人简历及攻读硕士学位期间发表的论文

致谢