分級結構納米ZnO的制備及其氣敏性能的研究.pdf

1、氣體傳感器作為一種可以把氣體種類和濃度信息轉換為電信號的檢測元件，廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)過程控制中。在氣敏傳感器中，n型寬禁帶金屬氧化物半導體材料得到廣泛應用，ZnO因其物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，成本低廉等優(yōu)點已成為人們廣泛使用的半導體氣敏材料。而由于環(huán)境復雜多變以及氣體種類多樣性等諸多影響因素，ZnO氣體傳感器對于測試氣體往往存在靈敏度低、工作溫度偏高等問題?；谶^去的研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋅的氣敏性能與材料的表面形貌、晶粒尺寸、比表面積等因素密切

2、相關，在這一理論研究背景下，本文以制備多種形貌的納米ZnO為目標，分別利用水熱法和沉淀法制備出分級結構花狀和多孔微球狀的納米ZnO，對兩種不同形貌的ZnO氣敏性能進行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用三種不同水熱時間(2小時、6小時、16小時)合成的具有分級結構的多孔納米 ZnO，且均為六方晶系纖鋅礦結構。粒徑在16.6~18.3nm，而在 SEM圖中可以清晰的看到由納米片堆積而成的花狀結構,通過 BET測試其比表面積在25

3、.8~38.4 m2/g，在最佳工作溫度下，2h水熱時間的粉體對于100ppm正丁醇靈敏度達到了320.9，6h水熱時間粉體對于100ppm丙酮靈敏度達到了66.1，在對乙醇、正丁醇、丙酮、苯等氣體進行濃度梯度的測試時看出，三種水熱時間的燒結后粉體均對1000ppm正丁醇靈敏度在700~800，表現(xiàn)出非常高的靈敏度響應，分級花狀 ZnO氣敏元件在不同的最佳工作溫度下對于100ppm乙醇的響應時間均在5~10s，恢復時間均在10~20s。

4、⑵采用沉淀法制備進行燒結工藝后而成的分級多孔微球狀 ZnO，在進行XRD分析表征得出燒結前后粉體均為六方晶系ZnO，通過在SEM圖譜下可以看到燒結前后均為球狀結構，且燒結前的片狀物質(zhì)明顯，進行燒結工藝后，片狀坍塌形成了多孔微球狀ZnO，為介孔結構。粒徑約為24nm，比表面積高達82.78m2/g。在最佳工作溫度為400℃和420℃時，對100ppm乙醇和丙酮的靈敏度值分別為88.7和54。隨著氣體濃度的升高，100-1000ppm內(nèi)元件

5、靈敏度隨著氣體濃度的增大而增大，呈現(xiàn)非常好的線性關系變化曲線。在900ppm氣體濃度下，元件對乙醇和丙酮分別達到最大的靈敏度值320和222，具有十分高的靈敏度特性。對于100ppm乙醇的響應時間均在15s，恢復時間均在20~30s。通過對兩種制備工藝得到的分級結構納米ZnO材料的制備過程以及氣敏性能進行比較發(fā)現(xiàn)，分級結構納米花狀ZnO的形貌有著類似花瓣狀分級結構，并且在氣敏性能方面對氣體檢測的靈敏度，最佳工作溫度，以及響應時間和恢復時