氧化锌纳米结构的制备及其在气体传感器中的应用

摘要

氧化锌(ZnO)是一种宽禁带金属氧化物半导体，由于其具有独特的光学、电学和压电等性质，在光催化、气敏传感和声表面波器件等领域都有十分广泛的应用。近年来， ZnO在气敏传感方面的应用得到了人们广泛的关注。ZnO属于表面电阻控制型，它的气体传感性能与其表面形貌具有很大关系，因此，一般来说纳米结构的比表面积越大，其气敏性能也就越好。此外，考虑到碳纳米管(CNT)和石墨烯(GR)不仅具有非常高的载流子迁移率，而且还具有优异的运输特性，它们和ZnO的复合材料也能表现出优异的气体传感性能。 本论文主要研究内容如下： 采用水热法直接在Al2O3陶瓷管上生长氧化锌纳米棒(ZnONRs)，通过超声分散在ZnONRs上复合CNT。研究ZnONRs气体传感器和ZnONRs/CNT气体传感器的乙醇传感性能。两种气体传感器的最佳工作温度均为370℃，在370℃时ZnONRs/CNT气体传感器对100ppm乙醇的响应值是26.1，响应时间和恢复时间分别是2s和的16s，对乙醇具有很好的选择性，并具有良好的稳定性和可重复性。改进ZnONRs/CNT气体传感器的传感特性可以归因于ZnO和CNT的协同效应，包括大的比表面积和高的电子传输能力。 采用热丝化学气相沉积法(HFCVD)直接在Al2O3陶瓷管上生长GR，采用水热法在GR上生长ZnONRs，从而得到GR/ZnONRs复合材料，研究GR/ZnONRs气体传感器的乙醇传感性能。GR/ZnONRs气体传感器的最佳工作温度为370℃，在370℃时GR/ZnONRs气体传感器对100ppm乙醇的响应值是66.2，响应时间和恢复时间分别是1s和5s。此外，也对GR/ZnONRs气体传感器的选择性、稳定性和可重复性进行了讨论。改进GR/ZnONRs气体传感器的传感特性可以归因于ZnO和GR之间的协同效应，包括大的比表面积，丰富的官能团和高的电子传输能力。 采用磁控溅射法在陶瓷管上生长Al纳米中间层，采用水热法在沉积有Al纳米层的陶瓷管上生长ZnO超薄纳米片。研究ZnO超薄纳米片气体传感器的制备工艺和乙醇传感性能。氧化锌纳米片(ZnONSs)气体传感器的最佳工作温度为370℃，在370℃时对100ppm乙醇的响应值是90.2，响应时间和恢复时间分别是1.6s和的1.8s，此外，也对ZnONSs气体传感器的选择性、稳定性和可重复性进行了讨论。改进ZnONSs气体传感器的传感特性可以归因于ZnONSs大的比表面积，Al的掺杂，丰富的本征缺陷和暴露面的高表面能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 气体传感器概述

1.3 ZnO纳米结构气体传感器

1.4 选题意义和主要研究内容

第二章 实验方法及设备

2.1 实验材料与仪器

2.2 材料表征手段

2.3 气敏性能测试

第三章 ZnONRs/CNT复合材料的制备及其气敏性能

3.1 引言

3.2 ZnONRs/CNT复合材料的制备

3.3 ZnONRs/CNT复合材料的表征与分析

3.4 ZnONRs/CNT复合材料的气敏性能测试

3.5 小结

第四章 GR/ZnONRs复合材料的制备及其气敏性能

4.1 引言

4.2 GR/ZnONRs复合材料的制备

4.3 GR/ZnONRs复合材料的表征与分析

4.4 GR/ZnONRs复合材料的气敏性能测试

4.5 小结

第五章 ZnONSs的制备及其气敏性能

5.1 引言

5.2 ZnONSs的制备

5.3 ZnONSs的表征与分析

5.4 ZnONSs的气敏性能测试

5.5 小结

第六章 总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢