半导体金属氧化物传感器的制备与性能研究

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近年来,随着人民生活水平的提高以及对环保的日益重视,人们对各种有毒、有害气体的检测提出了更高的要求。基于金属氧化物的半导体型气体传感器因具有较低的成本和优异的气敏特性成为气体传感器领域的研究热点。气体传感器的气敏性能取决于传感材料的结构特性。因此制备高性能气敏材料一直是半导体气体传感器的研究重点和难点。本论文以合成出高性能的气敏材料为研究目标,通过调控气敏材料的形貌结构来对其气敏性能进行了研究。主要研究内容如下:(1)利用p-n异质结的界面协同效应来调节气敏材料的气敏选择性。本文首先采用操作简单的浸泡煅烧法制备了不同Co/Sn摩尔比的p-Co3O4/n-SnO2 p-n异质结复合材料,并对其气敏性能进行了系统研究。实验结果表明,该p-Co3O4/n-SnO2复合气敏材料对典型还原气体如CO,H2S和NH3显示为n型气敏响应,对H2则表现出独特的p型响应。我们将该独特的气敏响应反转行为归结于p-Co3O4/n-SnO2异质结中SnO2和Co3O4对还原气体具有不同的气敏反应活性而导致的势垒高度调制有关。该研究工作证明,利用异质结材料对目标气体的不对称气体反应活性可以实现调节p-n异质结势垒高度的调节,为复合气敏材料气敏特性的优化提供了重要的理论支撑。(2)研究了不同形貌Ag3PO4纳米材料的室温NH3气敏性能。目前关于Ag3PO4作为光催化剂的相关报道较多,而对将其作为气敏材料用于气体检测还鲜有报道。我们利用离子交换法和固相研磨法制备出了纳米管和纳米颗粒两种不同形貌Ag3PO4纳米材料,并研究了形貌对其NH3室温气敏性能的影响。气敏性能测试结果表明,相较于Ag3PO4纳米颗粒,Ag3PO4纳米管具有更加优异的气敏特性,在室温下对NH3具有更高的灵敏度和选择性,检测限可低至1Oppm。该工作对研究Ag3PO4的室温气敏机理以及形貌对其气敏反应活性的影响规律奠定了基础。
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