【摘 要】
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ZnO材料具有稳定性能高、制备工艺简单、价格低廉、形貌可控等特点,因此在不同气体的检测等方面具有广泛的应用。但是,由于纯ZnO传感器工作温度较高,灵敏度较低和选择性较差等因素导致其应用受到限制。本文通过简单的一步热蒸发法制备了3D花状ZnO微/纳米球材料,并在微/纳球的表面包覆一层二硫化钼(MoS_2),从而达到提高传感器灵敏度的目的。具体的研究内容如下:(1)采用热蒸发的方法,通过控制源材料的比
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ZnO材料具有稳定性能高、制备工艺简单、价格低廉、形貌可控等特点,因此在不同气体的检测等方面具有广泛的应用。但是,由于纯ZnO传感器工作温度较高,灵敏度较低和选择性较差等因素导致其应用受到限制。本文通过简单的一步热蒸发法制备了3D花状ZnO微/纳米球材料,并在微/纳球的表面包覆一层二硫化钼（MoS2）,从而达到提高传感器灵敏度的目的。具体的研究内容如下:（1）采用热蒸发的方法,通过控制源材料的比例、高温管式炉的升温速率及生成时间等因素,在不同的温区合成了不同形貌的ZnO纳米材料。其中,生成的3D花状ZnO微/纳米球是由长度均匀的、底部粗顶部细的锥形微米棒状结构组成的花状微/纳米球,花状的结构分布均匀且彼此不堆叠。这种独特的三维花状结构可以增加ZnO纳米材料的比表面积,加快气体分子在材料表面上的吸附速率和脱附速率。为了进一步改善3D花状ZnO微/纳米球的气敏性能,我们在生成的3D花状ZnO微/纳米球的表面蒸发了一层MoS2,形成了3D花状MoS2-ZnO微/纳米球阵列。（2）3D花状MoS2-ZnO微/纳米球的拉曼光谱测试结果表明:在383.3 cm-1和407.1 cm-1两处的拉曼峰分别对应MoS2的两个拉曼活性振动模式E12g和A1g,说明MoS2成功包覆在3D花状ZnO微/纳米球的表面。室温下的光致发光光谱（PL）测试结果表明:3D花状MoS2-ZnO微/纳米球在385 nm处本征发射峰的强度升高,在499nm处深能级发射峰的强度降低,说明MoS2-ZnO微/纳米球中的缺陷数量减少。IUV/IDLE的数值增加,这有利于降低载流子的复合率,促进MoS2-ZnO界面的电荷转移。（3）通过丝网印刷技术分别制备了3D花状ZnO微/纳米球和3D花状MoS2-ZnO微/纳米球的气体传感器。用这两种气体传感器检测浓度为500 ppm乙醇气体,测试的结果显示:MoS2-ZnO传感器的最佳工作温度大约为240 oC,MoS2-ZnO传感器的响应时间为30 s,恢复时间为10 s,响应强度为12.08。而ZnO传感器的最佳工作温度大约为280 oC,ZnO传感器的响应时间为35 s,恢复时间为16 s,响应强度为2.06。与ZnO传感器的气敏传感性能相比,MoS2-ZnO传感器的最佳工作温度大约降低了40 oC,响应时间加快了5 s,恢复时间缩短了6 s,且传感器响应强度大大提高,约为ZnO传感器响应强度的6倍。这意味着MoS2-ZnO传感器的工作温度和响应性能都得到了很好的改善,且传感器具备良好的稳定性。（4）通过一步热蒸发法合成了掺杂不同Li含量的SnO2纳米材料和SnO2/Li2SnO3复合纳米材料。随着Li含量的增加,纳米带的宽度逐渐增加,其形貌由带状结构变为标准的六边形片状结构。X射线衍射图谱表明,随着Li掺杂量的增加,Li2SnO3衍射峰的强度逐渐增大,而SnO2衍射峰的强度逐渐减小。拉曼散射光谱表明,随着Li掺杂量的增加,Li2SnO3在588.8 cm-1处的峰增强,SnO2中最强的振动模式Alg逐渐减弱。X射线光电子能谱分析表明,随着Li掺杂量的增加,SnO2/Li2SnO3复合纳米材料的表面亲电子氧物种大大增加。在波长为505 nm的光照射条件下,掺锂的SnO2材料的亮电流高于暗电流,而SnO2/Li2SnO3复合纳米材料的亮电流低于暗电流。随着Li掺杂量的增加,材料的正光电导性逐渐减弱,甚至出现负光电导性。
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