【摘 要】
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近些年,对于半导体气体传感器的研究受到普遍关注。但其中大部分研究对象为n型半导体,而对p型半导体气敏材料的研究相对较少,且普遍存在灵敏度较低、选择性和重复性较差等问题。针对上述情况,本论文以开发高性能p型半导体气体传感器为目标,采用多种简单易行的手段合成了三种具有独特形貌和良好气敏性能的p型半导体材料,并利用多种方法对其气敏性能进行进一步的改善和优化,同时研究了相应的气敏机理。主要成果包括:(1)
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近些年,对于半导体气体传感器的研究受到普遍关注。但其中大部分研究对象为n型半导体,而对p型半导体气敏材料的研究相对较少,且普遍存在灵敏度较低、选择性和重复性较差等问题。针对上述情况,本论文以开发高性能p型半导体气体传感器为目标,采用多种简单易行的手段合成了三种具有独特形貌和良好气敏性能的p型半导体材料,并利用多种方法对其气敏性能进行进一步的改善和优化,同时研究了相应的气敏机理。主要成果包括:(1)采用水热反应设计合成了具有分级结构的海胆状Ni Co2O4微球,其独特的海胆状分级结构赋予材料巨大的比表面积,给气敏反应供给了丰富的表面活性位点。此外,多孔结构提供了大量的气体扩散通道,这可以促进气体分子在敏感层之间的渗透和扩散,使得材料对三乙胺表现出杰出的选择性,较低的检测限以及出色的稳定性。利用空穴积累层模型对气敏机理进行了解释。(2)通过牺牲模板法合成了具有三维有序大孔微结构的Co3O4薄膜,并通过两种贵金属的负载有效改善了其气敏性能。其中Pt的负载提高了材料对NO2的响应,这是由于纳米Pt颗粒的催化溢出效应。而Rh的负载显著增强了材料的抗湿性,拓展了p型金属氧化物传感器在高湿度环境下的气敏应用。利用电子敏化、化学敏化等机理阐述了气敏性能增强的原因。(3)利用液相剥离法制备了二维WSe2纳米片,并将其用于柔性室温NO2传感器。通过紫外光照显著增强了器件对NO2的响应。此外,即使在较大弯曲状况下,传感器依旧能保持正常的响应和恢复,表现出优异的机械柔性。利用电荷转移模型解释了气敏机理以及紫外光激发提高气敏性能的原因。
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