ZnO一維納米材料制備、修飾、介電泳操控及氣敏傳感器構(gòu)建研究.pdf

1、隨著生態(tài)環(huán)境的惡化，對環(huán)境進行高效、實時監(jiān)控的迫切需要對氣體傳感器的性能提出了更高的要求。如何提高選擇性、長期工作穩(wěn)定性以及響應(yīng)-恢復速度、降低功耗和成本是新型氣體傳感器面臨的主要挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)新型氣敏材料、探索新的氣敏機制和設(shè)計新的器件結(jié)構(gòu)成為該領(lǐng)域的重要研究方向。首先就氣敏材料而言，目前廣泛應(yīng)用的是金屬氧化物半導體材料。但是基于金屬氧化物半導體材料的氣體傳感器多存在工作溫度高、選擇性差等問題，因此實用性強、高性能、低成本氣體傳感器

2、的開發(fā)還有許多困難需要克服。材料科學的新技術(shù)為我們解決上述問題提供了有效途徑。例如，針對氣體傳感器工作溫度高、選擇性差等缺點，可以通過對敏感材料進行貴金屬表面修飾的方法加以改善。其次，就氣敏元件的構(gòu)建而言，新涌現(xiàn)的微納米操控技術(shù)也可以大大降低微納米結(jié)構(gòu)器件構(gòu)建對設(shè)備的要求和工藝難度，本課題采用介電泳技術(shù)操控一維納米材料，將納米材料跨界在電極兩側(cè)，構(gòu)建成氣體傳感器。
　　本課題采用化學水浴法制備氧化鋅納米棒，并對其氣敏特性進行了研究

3、。然而，由于單純的氧化鋅納米棒在氣體選擇性、響應(yīng)-恢復速度、靈敏度等方面，還難以滿足實際應(yīng)用的需要，因此對氧化鋅納米棒做進一步的修飾或復合處理具有極其重要的意義。另外，為了有效利用一維納米材料在結(jié)構(gòu)上的特殊優(yōu)勢，構(gòu)建基于一維納米材料有序定向排列的器件是必然方向。考慮降低設(shè)備要求和工藝難度，本課題采用了相對簡單的介電泳操控技術(shù)構(gòu)建了一維氧化鋅有序排列的氣體傳感器用于材料氣敏特性研究。
　　本課題研究分為三個部分：
　　第一部分

4、：利用光化學沉積法，在氧化鋅納米棒表面進行銀納米顆粒修飾。實驗中用聚乙烯吡咯烷酮作為穩(wěn)定劑，使貴金屬Ag納米顆粒分散地附著在氧化鋅納米棒表面，形成Ag/ZnO異質(zhì)結(jié)。除此之外，本實驗還對比了兩種不同的電極材料，即鎳酸鑭氧化物導體電極和 Ag-Pd貴金屬電極。實驗發(fā)現(xiàn)分別采用兩種電極材料的氣敏元件在氣敏特性方面沒有明顯差異，表明廉價的鎳酸鑭氧化物導體電極可以替代貴金屬電極。
　　第二部分：用光化學沉積法在氧化鋅納米棒表面制備CuO/

5、ZnO異質(zhì)結(jié)，并測試其氣敏特性。本實驗采用不同濃度（25μM、50μM和200μM）的硝酸銅的水溶液作為前驅(qū)液，紫外燈下照射一段時間后得到 CuO/ZnO異質(zhì)結(jié)復合材料。并對樣品進行氣敏特性測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樣品對硫化氫最敏感，最佳工作溫度為250℃。
　　第三部分：制備MWCNT/ZnO異質(zhì)結(jié)復合材料，并在室溫下測試其氣敏特性，測試結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)在室溫下對二氧化氮氣體比較敏感。并探討MWCNT/ZnO異質(zhì)結(jié)復合材料獲得最佳氣敏特性時