【摘 要】
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一氧化氮是一种有害气体,通常来自于汽车和工业燃烧设备排放的废气,不仅会引起酸雨、破坏臭氧层,还会对人体神经系统造成损害。因此,一氧化氮的高灵敏检测对保护环境和人类健康非常重要。气体传感器是最常用的手段之一,尤其是金属氧化物半导体气体传感器。在金属氧化物中,氧化锌(ZnO)作为气敏材料因其合成简单,化学稳定性好,灵敏度高而受到广泛关注和研究。然而,其工作温度较高(>150℃),不仅会造成高能耗,而且
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一氧化氮是一种有害气体,通常来自于汽车和工业燃烧设备排放的废气,不仅会引起酸雨、破坏臭氧层,还会对人体神经系统造成损害。因此,一氧化氮的高灵敏检测对保护环境和人类健康非常重要。气体传感器是最常用的手段之一,尤其是金属氧化物半导体气体传感器。在金属氧化物中,氧化锌(ZnO)作为气敏材料因其合成简单,化学稳定性好,灵敏度高而受到广泛关注和研究。然而,其工作温度较高(>150℃),不仅会造成高能耗,而且存在易燃易爆气体时有潜在的风险。因此,降低ZnO基气体传感器的工作温度是至关重要的。研究报道的结果显示,ZnO与其它半导体复合,构成异质结,能有效地降低其工作温度,还能提高其响应,是一种理想的获得低温高灵敏传感器的有效手段。近年来,一种新型材料,金属卤化物钙钛矿,展示出了低温下的气敏性能,但其灵敏度并不令人满意。因此,考虑将其与ZnO复合,以获得低温高灵敏的一氧化氮气体传感器。本文分别将CsPbBr3、CsPbBr3/Cs4Pb Br6与ZnO复合构成气体传感器,研究其气敏性能,以获得低温高灵敏度的一氧化氮传感器。具体研究内容如下:1.分别在浓度为15 mmol/L,40 mmol/L和50 mmol/L的生长液中制备了ZnO纳米棒,其直径约为60 nm。利用过饱和再结晶法合成了CsPbBr3,并涂敷在ZnO纳米棒上构成传感器。气敏性能测试结果表明,ZnO的工作温度为150℃,其中15 mmol/L合成的样品对5 ppm一氧化氮气体的响应为3.2;CsPbBr3/ZnO的工作温度为100℃,CsPbBr3/ZnO(15 mmol/L)对5 ppm一氧化氮气体的响应为10.4。结果显示,CsPbBr3的复合不仅降低了工作温度,响应也有所提高。2.利用过饱和再结晶法将摩尔质量比为1:1的溴化铅和溴化铯混合,合成由大颗粒Cs4Pb Br6和小颗粒CsPbBr3组成的CsPbBr3/Cs4Pb Br6溶液,并将其涂敷在ZnO纳米棒上,退火获得气敏器件。气敏性能测试结果表明,CsPbBr3/Cs4Pb Br6/ZnO(20 mmol/L)的工作温度为50℃,对100 ppm一氧化氮气体的响应为2296。样品有低的检测限,表现出了较好的重复稳定性和优异的选择性。CsPbBr3、Cs4Pb Br6与ZnO形成了双异质结,有效降低了工作温度,提高了响应。结果实现了近室温的一氧化氮检测。
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