随着工业的发展和经济水平的提高,人们在满足基本生活的需求的同时,更注重生活环境的质量。要想有一个适合人类居住的环境,实时监测环境的变化至关重要。为保护生态环境,国家对各行各业在三废排放标准做了详细规定,并且排放标准也随着技术的提高,提出了更高的监测要求。监测的核心在于传感器的技术是否能够满足实际生产生活要求。汞(Hg0)作为剧毒金属物质,具有一定挥发性,可以通过呼吸、皮肤接触、饮食、母婴遗传等方式进入人体,并且对人体脑神经造成严重损害,严重危害了人类的健康。因此,在2013年联合国环境规划署为推进全球汞污染物控制而制定了《水俣公约》,要求大型燃煤发电厂和燃煤锅炉应具备控制汞排放的配套措施。我国在最新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中,规定燃煤电站汞污染排放标准为30 μg/m3(3.34ppb),这就对汞传感器的检测提出了新的要求。传感器检测的技术关键在于敏感层是否能够对测试目标快速的响应恢复且具有优良的选择性以及长期稳定性。因此本文的汞传感器核心在于制备符合汞传感器要求的敏感层,并且进行汞敏感性能测试。目前,汞传感器研究主要基于汞齐作用和硫汞相互作用两种作用原理。采用汞齐作用作为敏感材料制作的传感器的响应时间短检测下限低,但是检测吸脱附时间长,反复吸脱附循环后,材料纳微结构易发生改变导致性能下降,不可多次重复使用且检测范围太窄不能满足实际工况的使用。采用硫汞作用的汞传感器响应恢复时间长,检测下限未能达到要求,但是相对贵金属而言原材料相对廉价。近年来,硫化物半导体在传感器领域的应用也越来越多,而且性能也越来越好,成为传感器敏感层研究的热点。本课题以硫汞相互作用为基础,研究了四种硫化物半导体作为汞敏感层并且对汞的传感性能进行了测试。结果表明:(1)β-In2S3作为一种宽带隙的半导体纳米材料,其材料本身具有良好的电学性能。本文通过简单的水热法一步合成了花状的β-In2S3并且进行了汞敏感性能测试。通过调控合成温度,发现合成温度对β-In2S3的晶面生长有影响。对汞敏感性能测试结果发现,在合成温度为200℃时,β-In2S3的元素汞传感器在30mg/m3(3.34 ppm)汞蒸气中(Hg0)的灵敏度为8.59,响应和恢复时间基本为60 s。该传感器还表现出对100 ppm的S02,NH3等各种常见干扰气体的高选择性,但是检测下限仅有0.10 mg/m3(0.01 ppm),不能满足现有检测下限要求。(2)SnS2是具有中间能隙(Eg=2.35eV)的典型n型半导体,具有更大的电负性,能够提供更多的气体吸附活性位点,这对于气体传感应用至关重要。本文通过水热法一步制备了 SnS2纳米片,并且通过优化Sn和S比,构建了不同合成比例的不同厚度的片状SnS2。结果发现,厚度为2.5 nm的SnS2(1:11)纳米片表现出高的汞敏感性能。在30 mg/m3(3.34 ppm)汞(Hg0)中的灵敏度为8.25,快速响应时间为100 s,恢复时间为100 s,在检测0.01 mg/m3(1.11 ppb)汞时灵敏度为3.03。该传感器还表现出对100 ppm的CO,SO2,NH3和NO2等烟气中各种常见干扰气体的高选择性。(3)SnS作为一种带隙为1.2eV典型的半导体,具有较好的光电特性。本文通过水热法合成SnS,调控合成温度和比例,结果表明在合成温度为160℃时,锡硫比为1:2时汞的敏感性能最好,此时合成的材料为SnS-Sn02。SnS-Sn02纳米材料的元素汞传感器具有在检测3 mg/m3(0.33 ppm)元素汞的时候,灵敏度为14,快速响应时间为40 s,恢复时间为30 s以及在检测0.01 mg/m3(1.11 ppb)时灵敏度为1.70。该传感器还表现出对100 ppm的CO,S02,NH3和N02等各种常见干扰气体具有较高的选择性。(4)MoS2作为对汞蒸气有敏感性能的敏感材料,本文在此基础上合成了新的MoS2,并且添加了不同含量的Ag2S并且测试了材料对汞的敏感性能。当MoS2:Ag2S=1:2时合成的MoS2-Ag2S敏感材料,检测下限为0.001 mg/m3(0.11 ppb),快速的响应恢复时间约为3 s。并且对100 ppm的H2S、SO2、NO2、NH3、CH3OH等有着良好的选择性。