Mg2+离子修饰ZnO基气敏元件的制备与乙醚敏感性能研究

摘要

乙醚作为一种在化工工厂、化学实验室和医院比较常见的化学物质，由于其所具有的毒性、易挥发性、易燃性和易爆炸性，其引发的安全问题近年来已经得到越来越多的关注。金属氧化物半导体气体传感器由于具有灵敏度高、成本低廉、操作方便、结构简单、制造简易等优点，已经被广泛用于各种有毒、易燃、爆炸性气体和气味的检测。本文选择ZnO作为敏感材料基体，研究表面微滴注修饰的ZnO对于乙醚蒸汽的气敏性能。众所周知，乙醚是一种具有还原性的有机物，因此本研究希望通过制作合适的气敏传感器来进行乙醚蒸汽的检测与辨别，探究乙醚蒸汽在气敏反应中所发生的化学作用及其反应特点，为下一步的高性能乙醚传感器的制备打下基础。
　　本文首先通过均匀沉淀法制备 ZnO，然后通过表面微滴注的方式进行了金属离子的表面修饰，选取的滴注溶液包括CuCl2、MgCl2、FeCl3、AlCl3、TiCl4、SnCl4等六种金属离子氯化物溶液。研究结果表明，经过表面掺杂之后，ZnO敏感层对于乙醚蒸汽的响应性能都有了一定的提升，其中Mg2+表面掺杂的ZnO制备的气体传感器具有最好的敏化效果，并且MgCl2滴注量为10×10-3μmol时，Mg2+对于ZnO的敏化效果最好，对应的传感器对于200 ppm乙醚蒸汽的响应值高达23。
　　然后对均匀沉淀方法进行了优化，并且通过反应掺杂方式制备了Mg掺杂的ZnO，同样对其进行了乙醚蒸汽的敏感性能检测，进一步揭示了Mg2+对ZnO所产生的敏化作用，并且对乙醚响应过程中灵敏度、响应时间和最佳工作温度等参数进行了提取、研究，发现ZnO经过Mg2+体掺杂之后，灵敏度升高、响应时间减少、最佳工作温度降低，并且通过对灵敏度与乙醚蒸汽浓度关系曲线（S-C曲线）进行拟合，对体掺杂Mg-ZnO的气敏机理进行了简单分析。接着对两种修饰方法制备的Mg-ZnO材料体系的气体敏感机制进行了简单的对比，进一步明确了Mg2+掺杂ZnO材料的乙醚敏感机理。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 半导体金属氧化物气体传感器

1.3 表面微滴注

1.4 用于表面微滴注的金属离子

1.5 本工作的选题思路及主要工作内容

2 实验部分

2.1 主要原料和试剂

2.2 主要实验设备

2.3 材料表征分析方法

2.4 乙醚敏感性能测试

3 表面微滴注修饰ZnO基材料阵列的制备与乙醚敏感性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 关于Mg2+表面修饰ZnO膜层的表征与分析

3.4 表面微滴注ZnO基纳米材料阵列的气敏性能测试

3.5 表面微滴注ZnO基纳米材料阵列的气敏机理

3.6 本章小结

4 反应掺杂方法制备Mg-ZnO及其乙醚气敏性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 Mg2+体掺杂ZnO的表征

4.4 Mg2+体掺杂ZnO的气体敏感性能

4.5 表面微滴注与体掺杂制备的Mg-ZnO的气敏机理比较

4.6 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 主要成果

5.2 本文的创新之处

5.3 工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文