TiO2和ZnO納米薄膜的制備及傳感特性.pdf

1、近幾年來納米材料的制備及應(yīng)用一直是納米研究中的熱點(diǎn)。納米尺寸對所研究的對象產(chǎn)生許多奇異性質(zhì)，或?qū)υ行再|(zhì)有十分顯著的改進(jìn)和提高，表現(xiàn)出傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)特性。這種尺寸奇特性質(zhì)是由表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)三大納米效應(yīng)所引起的。因此，氧化物納米材料廣泛的應(yīng)用于濕度傳感器、光傳感器、新能源、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。
　　氧化物 TiO2是寬帶隙半導(dǎo)體，主要本征吸收388nm以下的紫外光[19]，可產(chǎn)生光電、光

2、化學(xué)效應(yīng)，是用以制備實(shí)用化光伏器件、光催化器件和氣體傳感器的優(yōu)選材料。TiO2納米薄膜更是較大的比表面積和較強(qiáng)的吸附能力，因此在實(shí)現(xiàn)以上功能器件時具有更大的優(yōu)勢。目前基于寬帶隙氧化物（如SnO2、Al2O3等）納米薄膜的濕度傳感器研究，引起人們的廣泛關(guān)注。但是 TiO2納米薄膜這一方面的應(yīng)用，目前尚少有報道?；赥iO2納米管陣列薄膜的電容式濕度傳感器具有突出的優(yōu)點(diǎn)：體積小、靈敏度高、響應(yīng)速度快，測量范圍寬，信號直接以電參量的形式輸出，

3、使用操作方便。由于TiO2納米薄膜更大的比表面積和更強(qiáng)的光子捕捉能力，并且具有制作簡單、容易摻雜、靈敏度高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以基于TiO2納米材料的紫外傳感器在光電子領(lǐng)域應(yīng)該得到廣泛的研究和應(yīng)用。但是目前該方面國內(nèi)外尚少有研究。
　　ZnO納米材料是另一種備受關(guān)注的納米功能材料，它具有直接寬帶隙（Eg=3.37eV）、高激子束縛能（60 meV）、高熱導(dǎo)率、易于摻雜等優(yōu)點(diǎn)，因而在光電子領(lǐng)域引起廣泛的關(guān)注,在紫外發(fā)光（或傳感）器件

4、、氣體傳感器、輸運(yùn)電子器件、表面聲波器件等領(lǐng)域極大的應(yīng)用前景。另外，可以利用過渡金屬（Fe、Co、Ni、Mn）摻雜ZnO，制備自旋極化的激光光源，這同樣是目前ZnO納米材料與器件領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。我們知道，制備較好 ZnO納米結(jié)構(gòu)薄膜是人們研究ZnO光電子器件的基礎(chǔ)。
　　基于以上考慮，本文圍繞納米材料TiO2、ZnO的制備及TiO2納米管薄膜濕敏、光敏特性研究，主要展開了以下幾個方面的研究工作：
　?。?）利用電化學(xué)的方法制

5、備TiO2納米薄膜，制備的納米結(jié)構(gòu)整齊，比表面積大，且制作方法簡單。并采用SEM、TEM、Raman等測試手段對TiO2納米管陣列的表面形貌、內(nèi)部微結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵態(tài)等進(jìn)行了表征。分析了TiO2納米管陣列形成的基本機(jī)理。
　?。?）利用TiO2納米管陣列薄膜制作濕度傳感器，測試了其電容對濕度的依賴關(guān)系。并在不同電極構(gòu)型下測其電容隨濕度變化而變化的特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn):梳狀電極結(jié)構(gòu)下靈敏度增強(qiáng)，濕滯效應(yīng)變小。
　　（3）通過采用不同光源

6、、光照強(qiáng)度、電壓來檢測 TiO2納米管陣列薄膜的光敏特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：氨化氮摻雜TiO2納米管陣列薄膜對于365納米的紫外光表現(xiàn)出強(qiáng)烈的光敏特性。同樣光照條件下，電壓越大，則靈敏度越高。
　?。?）建立了 TiO2納米管陣列濕敏光敏器件的等效電路，分析了 TiO2納米管陣列薄膜濕敏光敏器件在外界激勵（光照或濕氣）下的敏感機(jī)理，運(yùn)用了能帶結(jié)構(gòu)理論來分析TiO2納米管陣列薄膜對紫外光的敏感特性。
　　（5）分別采用電化學(xué)法和H2O