论文部分内容阅读
ZnO是一种宽禁带、直接带隙II-VI族化合物半导体,它的禁带宽度为3.37eV,在室温下,它的激子结合能可达60meV,具有六方纤锌矿结构,属于P63mc空间群。晶格常数分别为a=0.325nm、c=0.521nm。ZnO具有优良的电学、光学、压电和气敏等性能,被广泛应用于许多重要领域。本文采用静电纺丝法制备了纯ZnO和Ce、 La、 Er等稀土掺杂ZnO纳米纤维,系统探讨了PVA的浓度、纺丝电压和接收距离、无机盐含量、烧结温度等因素对静电纺丝过程的影响,通过实验,获得了最佳制备参数:PVA溶液浓度为10%,纺丝电压为10kV,接收距离20cm, PVA的质量与无机盐的质量比是1:1,烧结温度650℃,时间是2.5h,利用这些最佳参数制备了稀土掺杂ZnO纳米纤维。采用XRD、SEM、TEM.荧光光谱仪、气敏测试仪分别对纳米纤维的晶体结构、表面形貌、光学性能和气敏性能进行表征。从气敏元件的灵敏度、响应和恢复时间、选择性以及工作温度等方面系统探讨稀土元素的掺杂种类及掺杂量对ZnO纳米纤维气敏特性的影响,测试气体包括H2S、C2H5OH、 CH3COCH3、 CH3OH、HCHO、 CO和NO。研究结果表明:Ce掺杂能够提高ZnO纳米纤维对丙酮蒸汽的灵敏度,在Ce掺杂量为6at.%时,对丙酮蒸汽的灵敏度达到最大,同时Ce的掺杂能够降低ZnO纳米纤维的工作温度,响应和恢复速度较快;La掺杂ZnO纳米纤维对10ppmH2S气体的灵敏度得到明显的提高,随着La掺杂量的增加,对H2S气体的灵敏度也增加,当La掺杂量达到3at.%时,灵敏度达到最大,并且响应和恢复时间快,选择性好;Er掺杂能够大幅度提高ZnO对低浓度H2S气体的气敏特性,掺杂量为1at.%时,对H2S气体的灵敏度达到最大值,并且La掺杂也降低了ZnO纳米纤维的工作温度,对测试气体的选择性较好,具有较快的响应和恢复时间。