氧化鋅納米陣列的制備及其氣敏性能研究.pdf

1、氧化鋅是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有良好的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，在傳感器等高科技領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。有序氧化鋅納米陣列因其較高的比表面積及較快的電子傳輸能力，是理想的氣敏材料。然而，納米陣列的制備技術(shù)依舊是個挑戰(zhàn)。本文采用溶液生長法可控制備氧化鋅納米陣列并對其氣敏性能及響應(yīng)機(jī)理進(jìn)行研究，主要內(nèi)容如下:
　　 (1)采用化學(xué)溶液法，實(shí)現(xiàn)氧化鋅納米棒和納米管陣列在陶瓷管基底上的可控制備。該方法具有成本低、工藝簡單、耗能少以及產(chǎn)率高

2、等特點(diǎn)。研究結(jié)果表明:氧化鋅納米棒和納米管煅燒前后均為單晶，沿c軸方向生長。氧化鋅納米棒和管的直徑和長度以及管的深度隨生長時間的增加而變大;氧化鋅納米陣列中結(jié)構(gòu)單元的密度隨鍍膜溶液和生長溶液中鋅離子濃度的增大而增加。
　　 (2)對氧化鋅納米棒和納米管陣列的氣敏性能進(jìn)行了研究，并對靈敏度的差異進(jìn)行了解釋。結(jié)果表明:氧化鋅納米陣列傳感器具有較短的響應(yīng)和恢復(fù)時間以及較高的穩(wěn)定性，對二氧化氮和乙醇的最佳工作溫度分別為230℃和355℃

3、。在最佳工作溫度條件下，氧化鋅納米棒陣列對乙醇和二氧化氮的靈敏度均高于氧化鋅納米管陣列。結(jié)合Raman、PL及XPS光譜對氧化鋅納米陣列的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。與氧化鋅納米管陣列相比，氧化鋅納米棒陣列中含有較多的供體（Vo和Zni）以及活性氧組分，較少的受體（VZn，Oi和OZn），該原因?qū)е卵趸\納米棒陣列的氣敏性能優(yōu)于氧化鋅納米管陣列。另外，我們還對氧化鋅納米陣列的響應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了解釋。
　　 (3)摻金后的氧化鋅納米陣列對還原性

4、氣體，如甲烷有較高的響應(yīng)。金的引入可能增加了氧氣的吸附位點(diǎn)，促進(jìn)氧化鋅納米陣列對甲烷的響應(yīng)。另外，我們還對氧化銦納米材料進(jìn)行鋅摻雜以提高氧化銦的氣敏性能。摻雜摩爾比為0.0376的鋅摻雜氧化銦納米材料在工作溫度為230℃時，對93ppm乙醇靈敏度為103，是未摻雜氧化銦納米材料靈敏度的1.8倍;當(dāng)工作溫度為161℃時，對10ppm二氧化氮靈敏度為249，是未摻雜氧化銦納米材料靈敏度的3.8倍。該材料具有最佳工作溫度低，靈敏度高，選擇性好