半导体气敏材料的气敏特性研究

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随着现代工业的快速发展,有害气体污染已成为最严重的环境问题之一。气体传感器作为一种将气体成分和浓度的信息转换为电信号或光信号信息的气体检测工具,逐渐引起了社会的广泛关注。从结构上讲,气体传感器一般由四个部分组成:气敏材料、气敏结构、信号转换电路以及辅助电源。气体传感器的核心是气体敏感材料,因此,人类一直致力于寻找高性能的敏感材料。在众多敏感材料中,金属氧化物及硫化物半导体材料以其优异的气敏性能成为人类研究的热点。本文采用溶剂热、水热及原子层沉积技术制备了 CdS微球、Fe2O3/ZnO及NiO/ZnO异质结构,并将其作为气体敏感材料,探究其气敏性能。研究内容主要包括以下几个方面:  (1)在论文第二章,我们利用简单的溶剂热法制备硫化镉(CdS)微粒。通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)来研究合成的 CdS微粒结构。为了进一步检测合成的 CdS微粒的气体敏感性质,我们在CdS传感器上测试了几种气体。最终的实验结果显示合成的CdS微粒对 NO比对其他气体(CH4,CO,H2,H2S和 SO2)具有更高的敏感性,说明我们合成的CdS微粒对 NO气体有良好的选择性。  (2)在论文第三章,我们利用原子层沉积(ALD)技术合成 Fe2O3/ZnO纳米片异质结构,基于此材料制做气体传感器并将其用于检测 H2S气体。与 Fe2O3纳米片气体传感器和ZnO气体传感器相比,当温度范围为150℃至350℃,Fe2O3/ZnO异质结构气体传感器表现出更好的测试性能。在温度为250°、浓度100ppm的H2S环境中, Fe2O3/ZnO异质结构气体传感器的响应值达到最高值133.1,约是Fe2O3纳米片气体传感器的15倍(8.7)。此外,当在浓度为100ppm的异丙醇、NO、丙酮、乙醇和甲烷中,Fe2O3/ZnO异质结构气体传感器灵敏度分别为21.7、11.3、4.9、6.7、3.6,这些结果揭示了 Fe2O3/ZnO异质结构气体传感器的高选择性。  (3)在论文第四章,我们同样利用 ALD技术制备了NiO/ZnO纳米片异质结构气体传感器,分别测量其对乙醇、CO、H2、H2S、丙酮和1,2-丙二醇气体的敏感特性。结果表明,基于 ZnO纳米颗粒的表面修饰作用,与 NiO气体传感器相比,NiO/ZnO纳米板气体传感器的气敏性能得到显著提高;同时,NiO/ZnO纳米片气体传感器在400℃时对乙醇比对其它气体(CO,H2,H2S,丙酮和1,2-丙二醇)具有更高的灵敏度,这表明该气体传感器对乙醇有良好选择性。
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