法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2016-10-26
授权
授权
2014-10-08
实质审查的生效 IPC(主分类):G01N33/00 申请日:20140618
实质审查的生效
2014-09-03
公开
公开
技术领域
本发明属于材料科学领域，特别涉及一种NiO和Al掺杂的ZnO异质纳米 结构及其制备与应用方法。
背景技术
纳米材料是指其结构单元的尺寸介于1nm～100nm范围之间的材料。由于 其尺寸已经接近电子的相干长度，由于强相干所带来的自组织使得其性质将发 生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大的表面效应，因此 其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于 该物质在整体状态时所表现的性质。近年来半导体纳米结构材料在纳米器件领 域发挥着重要的作用，半导体纳米材料的制备技术也突飞猛进。目前人们已经 探索出多种用于制备半导体纳米纤维和纳米棒的工艺方法。
ZnO一维纳米结构不仅具有ZnO宽禁带和高激子束缚能等优点，还同时具 有一维纳米材料的各种特性。因此基于ZnO一维纳米结构而制作的电子器件在 光电子领域具有巨大的应用前景。近年来ZnO一维纳米结构材料已经被广泛应 用于各种纳米电子器件，其中包括发光二极管、气敏传感器、激光器、太阳能 电池等。近年来利用不同结构的一维纳米尺度材料来搭建三维纳米复合结构材 料已经成为热点。与普通的纳米结构材料相比，这种结构材料具有非常大的比 表面积，并且能够融合不同纳米结构材料的优点。因此其在电子和光电器件领 域具有巨大的应用潜力。另外，由于其固有的可控空间分别和各向异性，这些 结构将能够产生独特的物理性能。ZnO纳米线对还原性气体具有非常好灵敏度。 研究表明其结构的比表面积对于其气敏传感性能具有重要的影响，比表面积越 大其气敏传感性能越优异。同时当结构中存在PN异质结时，PN异质结能够改 善气敏传感器的灵敏度。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种NiO和Al掺杂的ZnO异质纳米结 构及其制备与应用方法。
一种NiO和Al掺杂的ZnO异质纳米结构，所述NiO和Al掺杂的ZnO异 质纳米结构由NiO纳米纤维和Al掺杂的ZnO的纳米棒构成的毛刷状异质纳米 结构；所述毛刷状异质纳米结构有主干以及设置在主干上的多个毛刺构成，每 个毛刺的一端与主干相连，其中主干为NiO纳米纤维，毛刺为Al掺杂的ZnO 纳米棒；所述NiO和Al掺杂的ZnO异质纳米结构中含有PN结。
所述NiO纳米纤维的直径在50nm～1μm。
所述NiO纳米纤维的长径比为(10～10000)：1。
所述Al掺杂的ZnO纳米棒的直径为20nm～500nm。
所述Al掺杂的ZnO纳米棒的长径比为(1～50)：1。
所述Al掺杂的ZnO纳米棒中Al元素的掺杂量为ZnO质量的0wt％～30wt％。
一种NiO和Al掺杂的ZnO异质纳米结构的制备方法，首先采用静电纺丝 法制备NiO纳米纤维，再通过水热合成法在纳米纤维上制备Al掺杂的ZnO纳 米棒从而获得异质纳米结构。
一种NiO和Al掺杂的ZnO异质纳米结构的应用方法，所述NiO和Al掺杂 的ZnO异质纳米结构用于制备气敏传感器。
在Al2O3平面叉指电极上制备所述NiO和Al掺杂的ZnO异质纳米结构，通 过热压烧结从而获得气敏传感器。
本发明的有益效果为：
以往基于ZnO纳米线所制备出的气敏传感器对于还原性气体的选择性都不 是很强，对于三乙胺气体的灵敏度也不是很高，这就使得其在应用的时候受到 了一些限制。和以往的气敏传感器相比，本发明所制备的气敏传感器对于三乙 胺气体具有很高的选择性和优异的灵敏度，在250℃时，传感器的灵敏度最高。 并且传感器的灵敏度将随着三乙胺气体浓度的增加而增加。
附图说明
图1为基于本发明异质纳米结构的气敏传感器的制备和测试流程图；
图2为本发明实施例1中所得异质纳米结构的SEM图；
图3为本发明实施例1中所得异质纳米结构中Al2p能级的XPS谱图；
图4为本发明实施例1中气敏传感器对不同气体的响应曲线图；
图5为本发明实施例1中气敏传感器在不同温度下对200ppm三乙胺气体 的响应曲线图；
图6为本发明实施例1中气敏传感器在250℃时对不同浓度三乙胺气体的 响应曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种NiO和Al掺杂的ZnO异质纳米结构及其制备与应用方 法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
首先利用静电纺丝法在Al2O3叉指电极基片上制备NiO纳米纤维。然后在 具有NiO纳米纤维的基片上生长Al掺杂的ZnO纳米棒，通过热压烧结从而获 得气敏传感器。配制ZnO晶种溶液时，将1.10g的Zn(Ac)2·2H2O加入到50mL 的异丙醇中，滴加700μL三乙胺后在70℃下搅拌12min。ZnO生长溶液由1.4 g的C6H12N4、2.92g的Zn(NO3)2·6H2O、0.075g的Al(NO3)3·9H2O和100mL的 去离子水组成。水热反应参数设置为在95℃下反应8h。最后利用气敏材料测 试系统对所得气敏传感器的气敏性能进行表征。
实施例2
首先利用静电纺丝法在Al2O3叉指电极基片上制备NiO纳米纤维。然后在 具有NiO纳米纤维的基片上生长Al掺杂的ZnO纳米棒，通过热压烧结从而获 得气敏传感器。配制ZnO晶种溶液时，将1.10g的Zn(Ac)2·2H2O加入到50mL 的异丙醇中，滴加700μL三乙胺后在40℃下搅拌12min。ZnO生长溶液由1.4 g的C6H12N4、2.92g的Zn(NO3)2·6H2O、0.075g的Al(NO3)3·9H2O和100mL的 去离子水组成。水热反应参数设置为在95℃下反应8h。最后利用气敏材料测 试系统对所得气敏传感器的气敏性能进行表征。
实施例3
首先利用静电纺丝法在Al2O3叉指电极基片上制备NiO纳米纤维。然后在 具有NiO纳米纤维的基片上生长Al掺杂的ZnO纳米棒，通过热压烧结从而获 得气敏传感器。配制ZnO晶种溶液时，将1.10g的Zn(Ac)2·2H2O加入到50mL 的异丙醇中，滴加700μL三乙胺后在70℃下搅拌5min。ZnO生长溶液由1.4g 的C6H12N4、2.92g的Zn(NO3)2·6H2O、0.075g的Al(NO3)3·9H2O和100mL的去 离子水组成。水热反应参数设置为在95℃下反应8h。最后利用气敏材料测试 系统对所得气敏传感器的气敏性能进行表征。
实施例4
首先利用静电纺丝法在Al2O3叉指电极基片上制备NiO纳米纤维。然后在 具有NiO纳米纤维的基片上生长Al掺杂的ZnO纳米棒，通过热压烧结从而获 得气敏传感器。配制ZnO晶种溶液时，将1.10g的Zn(Ac)2·2H2O加入到50mL 的异丙醇中，滴加700μL三乙胺后在70℃下搅拌12min。ZnO生长溶液由1.4 g的C6H12N4、2.92g的Zn(NO3)2·6H2O、0.75g的Al(NO3)3·9H2O和100mL的 去离子水组成。水热反应参数设置为在95℃下反应8h。最后利用气敏材料测 试系统对所得气敏传感器的气敏性能进行表征。
实施例5
首先利用静电纺丝法在Al2O3叉指电极基片上制备NiO纳米纤维。然后在 具有NiO纳米纤维的基片上生长Al掺杂的ZnO纳米棒，通过热压烧结从而获 得气敏传感器。配制ZnO晶种溶液时，将1.10g的Zn(Ac)2·2H2O加入到50mL 的异丙醇中，滴加700μL三乙胺后在70℃下搅拌12min。ZnO生长溶液由1.4 g的C6H12N4、2.92g的Zn(NO3)2·6H2O、0.075g的Al(NO3)3·9H2O和100mL的 去离子水组成。水热反应参数设置为在95℃下反应3h。最后利用气敏材料测 试系统对所得气敏传感器的气敏性能进行表征。
实施例6
首先利用静电纺丝法在Al2O3叉指电极基片上制备NiO纳米纤维。然后在 具有NiO纳米纤维的基片上生长Al掺杂的ZnO纳米棒，通过热压烧结从而获 得气敏传感器。配制ZnO晶种溶液时，将1.10g的Zn(Ac)2·2H2O加入到50mL 的异丙醇中，滴加700μL三乙胺后在70℃下搅拌12min。ZnO生长溶液由2.4 g的C6H12N4、2.92g的Zn(NO3)2·6H2O、0.075g的Al(NO3)3·9H2O和100mL的 去离子水组成。水热反应参数设置为在95℃下反应8h。最后利用气敏材料测 试系统对所得气敏传感器的气敏性能进行表征。
机译： 基于Al掺杂ZNO纳米棒的太阳能电池透明导电氧化物基质的制备方法
机译： ZnO-SnO2纳米纤维-纳米线干支异质结构材料及其制备方法和含该材料的气体传感器
机译： SnO2-ZnO纳米纤维异质结构，其制造方法以及使用该异质结构的还原性气体感测方法
