论文部分内容阅读
近年来,随着工业化进程的加快,环境污染日趋严重,迫切需要人们对有毒有害、易燃易爆气体进行实时监测和控制。此外,交通运输中的酒驾检查以及恐怖袭击中的毒气检测预防等,也都迫切需要对气体组分进行快速识别,面对这些威胁和挑战,气敏传感器的开发已成为当今关系到人类发展的重要组成部分,成为世界各国共同关注的主要课题之一。作为气敏传感器核心部分之一的气敏材料,其种类和结构对传感器的使用性能都有着重要影响。人们通过各种方法来提高气体传感器件的性能,如金属掺杂、材料多孔化等,而开发和设计具有多孔结构、大比表面积的氧化物半导体材料,是有效改善传感器传感特性的有效方案之一,多孔化材料能显著提高材料的比表面积、载流子迁移率、多孔性和通透性,对提高气敏传感器的灵敏度,响应恢复特性和检测下限具有重要作用,我们通过对氧化物半导体材料氧化锌进行结构调控,制作出性能优良的气敏传感器件。本文是以水热合成法作为平台,以ZnO微纳的材料为主要的研究对象,通过调节水热前驱体溶液中各原材料之间的比例、溶液的pH值以及添加表面活性剂等方法来设计合成不同形貌和结构的ZnO微纳材料,以期改善ZnO材料的气敏性能,从而制作出高性能的气体传感器件。主要内容如下:1.壳状氧化锌纳米材料制备及其传感器件研究用水热法合成了形貌呈壳状结构的氧化锌纳米材料,制作了基于该壳状结构氧化锌纳米材料的的气体传感器,并对其气敏特性进行了研究。结果显示,该气体传感器在300℃的最佳工作温度下,对100ppm丙酮气体的灵敏度为24.8,响应和恢复时间分别为2s和3s。此外,还测试了该传感器对普遍几种干扰气体的气敏性能,结果表明了该器件具有良好的选择性能。2.表面无孔和多孔氧化锌纳米棒的制备及其传感器件研究利用简单的水热法成功制备了表面无孔和多孔的棒状氧化锌纳米材料。我们将这两种材料作为敏感材料制成了气体传感器件,研究表明,在最佳工作温度280℃的条件下,基于多孔纳米棒状氧化锌气体传感器件对100ppm乙醇气体的灵敏度为27.9,其是在相同条件下基于无孔纳米棒状氧化锌传感器件对同浓度乙醇气体灵敏度(其值为5.8)的4.8倍,并且是相同条件下干扰气体中灵敏度最大的丙酮气体的3.1倍,说明该器件具有优异的选择。此外,基于多孔纳米棒状氧化锌传感器件对100ppm乙醇气体的响应恢复时间分别为3s和10s。3.多孔氧化锌微米球的制备及其传感器件研究通过常用的水热法成功合成了多孔氧化锌微米球材料,以其为敏感材料制作了气敏传感器件,研究了该器件的气敏特性。研究表明,在工作温度为280℃条件下,该气敏传感器件对含量为50ppm丙酮气体的灵敏度为26.8,响应恢复的时间分别为4s和10s。此外,基于多孔氧化锌微米球该传感器件对常见其它干扰气体的灵敏度比较小,因此,该器件具有良好的选择性能。