【摘 要】
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随着工业化的不断推进,环境污染问题也越发尖锐严重,对于废气,废液,废物等问题的治理也愈发刻不容缓,其中这些气体许多都会造成人体急性或慢性的健康影响。因此,需要制造出高效且针对各种有毒、有害、易燃、易爆气体的检测方法及设备仪器。值得注意的是,金属氧化物半导体由于其低成本、低功耗、可靠和简单可用性获得广泛应用。但随着不断对更好的选择性和更高灵敏度的金属氧化物半导体传感器的需求增长,就需要更合适的方法来
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随着工业化的不断推进,环境污染问题也越发尖锐严重,对于废气,废液,废物等问题的治理也愈发刻不容缓,其中这些气体许多都会造成人体急性或慢性的健康影响。因此,需要制造出高效且针对各种有毒、有害、易燃、易爆气体的检测方法及设备仪器。值得注意的是,金属氧化物半导体由于其低成本、低功耗、可靠和简单可用性获得广泛应用。但随着不断对更好的选择性和更高灵敏度的金属氧化物半导体传感器的需求增长,就需要更合适的方法来控制材料表面和内部的性能。本论文对p型和n型气敏材料的机理做出研究,通过调控材料的晶粒尺寸,并构筑微观有序的介孔结构NiO纳米线和α-Fe2O3纳米线,增强其对目标气体的气敏性能。此外,对两种纳米线进行异价金属元素掺杂,达到调控电荷载流子浓度以及材料晶体缺陷的目的,实现材料气敏性能改性。本文主要内容如下:（1）以有序直孔道结构的介孔二氧化硅SBA-15为硬模板,用纳米模板法和异价金属阳离子掺杂制备介孔NiO NWs。所有样品均呈现出相同的介孔纳米线结构。通过结构表征可知,介孔Ni0.963Fe0.037O1.018和Ni0.966Sn0.034O1.034NWs气体传感器的比表面积分别为35.62 m~2/g和59.37 m~2/g,禁带宽度为3.07 eV和3.03eV,在300℃工作温度下,两种气体传感器对100 ppm乙醇气体的响应值为20.485和17.844。因此,基于介孔NiO NWs气体传感器的施主掺杂可以显著的提高其气敏性能。（2）以有序直孔道结构的介孔二氧化硅SBA-15为硬模板,用纳米模板法制备介孔NiO纳米线,再二次合成Fe@NiO介孔纳米线,调控掺杂比例,制备介孔纯NiO、（Fe2O3）0.016NiO和（Fe2O3）0.027NiO NWs。所有测试结果显示,在280℃下100 ppm的乙醇气体,响应值从NiO NWs传感器的4.3提高到（Fe2O3）0.016NiO NWs传感器的15.1和(（Fe2O3）0.027NiO NWs传感器的55.8。因此引入α-Fe2O3纳米颗粒,形成p-n异质结带来的高比表面积和界面效应,可以有效提高NiO NWs传感器的气敏性能。（3）以有序直孔道结构的介孔二氧化硅SBA-15为硬模板,用纳米模板法制备异价金属阳离子掺杂的α-Fe2O3BNWs。测试结果证明,随着掺杂元素化合价的增加,气敏材料的灵敏度从Fe1.896Zn0.104O2.948 BNWs传感器的10.046增加到Fe1.929In0.061O3.000 BNWs传感器的31.035,Fe2.000O3.000 BNWs传感器的35.217和Fe1.938Sn0.062O3.031 BNWs传感器的45.556。因此高价金属掺杂可以改善α-Fe2O3BNWs传感器的气敏性能。
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