ZnO納米材料微結構設計、制備與氣敏性能研究.pdf

1、半導體氧化物氣體傳感器具有靈敏度高、響應快、體積小、能耗與成本低、操作簡單等特點,應用研究較為廣泛。具有特殊結構特點的分級結構且暴露特定極性晶面的氧化物,有助于提高氣敏性能。本課題采用水熱法、溶劑熱法制備了具有一定晶面取向的分級結構ZnO,并對水熱、溶劑熱工藝進行了研究,探討了其對ZnO形貌、晶面取向和氣敏性能,尤其是對丙酮氣體的選擇性的影響
　　以硝酸鋅或醋酸鋅為原料,加入一定量的表面活性劑,采用水熱或溶劑熱的方法,在一定溫度和

2、水熱時間下,制備出了不同的分級結構0-3維空心球狀、1-3維蒲公英狀和2-3維盤狀ZnO。通過選擇合適的碳源與金屬鹽的摩爾比、鋅源、碳源,制備出尺寸均勻,具有較高比表面積的0-3維空心球狀ZnO,推導其形成過程并研究了丙酮的氣敏性能;通過研究反應時間、反應物的濃度、反應溶劑對1-3維蒲公英狀ZnO形貌的影響,探討了其形成機理并研究了丙酮氣敏性能及機理;研究了絡合劑濃度、pH值對2-3盤狀ZnO形貌的影響并丙酮氣敏性能。
　　對比了

3、三種分級結構ZnO傳感器的靈敏度和選擇性并對氣敏性能差異進行了探討。在較低濃度范圍內(nèi)(0.25-40 pp m),0-3維空心球狀ZnO的靈敏度始終高于其他兩種形貌,2-3盤狀ZnO的靈敏度始終最低。而當丙酮氣體濃度的較大時(40-100 ppm),1-3蒲公英狀ZnO的靈敏度最高。關于不同分級結構的選擇性,0-3維空心球狀ZnO對丙酮有一定的選擇性。1-3維蒲公英狀ZnO對乙醇、丙酮的靈敏度較高,二者靈敏度相差不大,表現(xiàn)為對丙酮的選擇

4、性提高。2-3維盤狀 ZnO對選擇性最高?？傊?隨著晶面取向的提高,即暴露(0001)極性晶面的比例增大,試樣對丙酮氣體的選擇性逐漸明顯增大。
　　靈敏度主要是取決于材料的微觀形貌如比表面積的大小和分級結構的制備等。選擇性主要于暴露的極性面(0001)的程度有關。當丙酮氣體分子吸附在ZnO的(0001)晶面時,相比其他氣體,結合強度較高,丙酮氣體的吸附會導致(0001)晶面的結構重建,引起(0001)極性晶面電荷數(shù)的改變,導致能帶