不同維度的ZnO的水熱合成及氣敏性能研究.pdf

1、由于寬的禁帶和大的激活能，氧化鋅在氣敏傳感器中的應(yīng)用前景十分廣闊。近十多年來(lái)，研究者們制備出了不同尺寸和形貌的氧化鋅納米材料。在這些納米結(jié)構(gòu)中，由低維納米氧化鋅晶體組裝的三維氧化鋅納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了更好的氣敏性能。因此，本論文采用了環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和低能耗的水熱法制備出了不同維度的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)，通過改變工藝參數(shù)控制了氧化鋅納米形貌的合成，探究了工藝參數(shù)對(duì)納米氧化鋅形貌的影響，揭示了不同維度的氧化鋅納米材料的生長(zhǎng)機(jī)理。此外，本論文還測(cè)試了不同形

2、貌納米氧化鋅的氣敏性能，并分析了氧化鋅納米材料的氣敏機(jī)理。本論文的主要內(nèi)容包括以下幾部分：
　　利用簡(jiǎn)單水熱法制備出了六種不同形貌的低維氧化鋅納米結(jié)構(gòu)，包括六方納米棒、納米片、納米鉆、封閉納米管、納米顆粒和納米棒。通過工藝參數(shù)和表征結(jié)果分析，在檸檬酸根的負(fù)電性和反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)的作用下，決定了納米鉆的形成。氟化鈉和HMT的加入引起了溶液的狀態(tài)變化，從而生長(zhǎng)基元的成分和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，形成了具有封閉納米管形貌的氧化鋅樣品。在乙醇敏感氣體

3、測(cè)試過程中，六方納米棒、納米片、納米鉆、封閉納米管、納米顆粒和納米棒氧化鋅氣敏元件的靈敏度依次為：4.8(100ppm)、6.1(100ppm)、7.5(100ppm)、4.1(30ppm)、2.212(10ppm)和4.131(10ppm)。其中，納米鉆的氣敏性能最為優(yōu)異，對(duì)傳感器中低維納米材料的制備有重要的理論和實(shí)踐意義。此外，通過改變工藝參數(shù)，制備出低維度納米棒組裝成的放射狀納米花。在低濃度(10ppm)的乙醇?xì)怏w下，納米花的靈敏

4、度達(dá)到7.397。與之前的低維納米氧化鋅結(jié)構(gòu)相比，三維棒狀納米花的氣敏性能最佳，表明三維氧化鋅納米結(jié)構(gòu)具有更廣闊的應(yīng)用前景。
　　采用雙添加劑輔助的水熱法制備出了三維餅狀氧化鋅和片花狀納米氧化鋅。對(duì)于氧化鋅餅狀結(jié)構(gòu)，由于HF的作用暴露出特定晶面和大量空隙，樣品Ⅲ、樣品Ⅱ和樣品Ⅰ在50ppm濃度的乙醇?xì)怏w下的靈敏度依次為10.9、9.1、8.5。對(duì)于片花狀納米氧化鋅，H2O2分解的O2逃逸出反應(yīng)溶液，水熱生成了單晶介孔納米薄片；在H

5、MT的聚集組裝作用下，單晶納米薄片疊加為多層納米片，進(jìn)一步組裝成了大間隙的放射狀納米花；由于介孔、納米薄片和間隙的存在，納米花的比表面積高達(dá)36.866m2/g；此外，在250ppm濃度的乙醇?xì)怏w和160mA加熱電流的條件下，由納米花制備的氣敏元件的靈敏值高達(dá)35.2，故該種納米花制備的傳感器具有極佳的應(yīng)用價(jià)值。
　　首次制備出了新穎的由六個(gè)三角狀納米結(jié)構(gòu)和一個(gè)球狀納米結(jié)構(gòu)組成的向日葵狀氧化鋅納米花結(jié)構(gòu)，其中，三角狀納米結(jié)構(gòu)和球狀

6、納米結(jié)構(gòu)的直徑分別為500nm和800nm，三角狀納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)晶面是{001}晶面族，即沿著六個(gè)對(duì)稱平行平面生長(zhǎng)的(±(011-0)面、±(101-0)面和±(11-00)面)。在水熱反應(yīng)條件下，由于C6H5O73-的橋梁作用和ZnO正極性面+(0001)優(yōu)先暴露，向日葵狀納米花由球狀納米結(jié)構(gòu)和六個(gè)三角狀納米結(jié)構(gòu)自動(dòng)組裝而成。此外，測(cè)試了向日葵狀納米花能在10-50ppm濃度的NH3下的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間和靈敏度，該納米氧化鋅結(jié)構(gòu)在50ppm