傳感器表面納米敏感材料微結(jié)構(gòu)的調(diào)控及其氣敏性能研究.pdf

1、隨著生活水平的提高,人們對(duì)自身健康和周圍生存環(huán)境的要求日益提高,尤其是對(duì)空氣中污染氣體濃度的實(shí)時(shí)檢測(cè)也更為迫切。因此,能實(shí)現(xiàn)這一愿望的金屬氧化物氣敏傳感器就受到了人們的強(qiáng)烈關(guān)注和重點(diǎn)研究。目前,研究者們關(guān)注較多的是氣敏材料的可控合成,而對(duì)氣敏材料制成傳感器的過(guò)程中所遇到的科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題卻研究的很少,所占比例不足5％。于是本文著重針對(duì)金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)在制備氣敏傳感器過(guò)程中的聚集、破壞以及活性下降等問(wèn)題,發(fā)展材料-器件一體化制備的新技術(shù),

2、通過(guò)在傳感器表面原位調(diào)控納米敏感材料的微結(jié)構(gòu)包括形態(tài)和缺陷來(lái)提高傳感器的氣敏性能。
　　首先采用浸漬提拉法在管狀傳感器表面合成了直徑為8nm的ZnO納米棒,這些納米棒平躺著,主要暴露面為{10-10}晶面。接著在這些納米棒組成的薄膜上采用溶液處理法成功得到了直徑為100nm的納米棒陣列,暴露面主要為(0001)晶面,更重要的是氣敏性能獲得了明顯的提高:3倍的敏感度,少于10s的快速響應(yīng)和低到1ppm的檢測(cè)限。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也揭示了暴露晶

3、面的影響要大于尺寸效應(yīng),ZnO(0001)晶面的氣敏性能優(yōu)于{10-10}晶面,同時(shí)暴露晶面上的原子結(jié)構(gòu)對(duì)提高ZnO納米棒陣列傳感器的吸附氧含量及其氣敏性能具有重要的影響。
　　上述工藝比較復(fù)雜耗時(shí),為此采用可以大批量制備的四針狀ZnO粉末作為氣敏材料,通過(guò)改變熱處理溫度來(lái)調(diào)控四針狀ZnO的形態(tài)和缺陷。隨著熱處理溫度的增加,四針狀ZnO的針逐漸變短變粗,最后演變成四面體形態(tài),顆粒之間的接觸狀況也發(fā)生了變化,并建立了熱處理溫度與Zn

4、O顆粒形態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,同時(shí)發(fā)現(xiàn)間隙鋅的數(shù)量減小而氧空位增多。在燒結(jié)溫度為450℃下的ZnO傳感器表現(xiàn)出了對(duì)甲醛氣體最高的響應(yīng)值。這主要是因?yàn)樵搨鞲衅骶哂凶詈玫念w粒接觸,較多的間隙鋅缺陷和較大的比表面積。
　　不過(guò)人工涂覆制造傳感器這一工藝比較低效。為此采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在平板傳感器上印刷四針狀ZnO厚膜,再結(jié)合鑭離子溶液滴注法和后續(xù)熱處理,來(lái)調(diào)控四針狀ZnO顆粒的表面缺陷。隨著鑭離子濃度的增加,缺陷LaZn所占比例增大,而氧空位所占