氧化鈷半導體氣敏傳感器的制備及其氣敏性能的研究.pdf

1、由于汽車排氣、工業(yè)的廢氣、生活燃氣的增加，大氣污染愈加嚴重，開發(fā)一種低成本，高性能的氣敏傳感器對大氣進行監(jiān)控顯得越來越重要。其中，半導體金屬氧化物傳感器由于制備成本非常低、靈敏度高、響應速度快/恢復時間短、器件制備簡單界面友好、維護方便、檢測能力強等因素成為了最具潛力氣敏傳感器。目前，Co3O4作為一種P型金屬氧化物，用來作為氣敏傳感器的敏感薄膜已經(jīng)被廣泛的研究。本論文主要以 Co3O4作為研究對象，使用水熱法合成不同形貌的氧化鈷納米材

2、料，并研究材料的形貌對傳感器性能的影響，最后還會對氣敏傳感器的氣敏機制進行詳細的討論。本文的主要研究工作分為：
　　1.通過水熱法，用硝酸鈷和氫氧化鈉作為原材料，以乙醇胺為分散劑，雙氧水作為氧化劑在160℃高溫下制得了Co3O4納米顆粒；經(jīng)過XRD測試結(jié)果分析表明燒結(jié)前的前驅(qū)體為 Co(OH)2和 Co3O4的混合物，燒結(jié)后 Co(OH)2完全轉(zhuǎn)化為Co3O4；SEM測試圖可以看到得到的Co3O4是形貌不規(guī)則的納米顆粒，粒徑尺寸在

3、20nm左右；使用旁熱式器件來制作氣敏元件，用所得的Co3O4粉末與無水乙醇混合成糊狀物，然后均勻滴涂在陶瓷管上形成敏感薄膜，并在常溫下對其進行氣敏測試，對所得的材料進行氣敏測試的結(jié)果表明，傳感器對NH3具有良好的響應度，在常溫下對NH3的最低檢測濃度在20ppm以下，對同一濃度的氣體測試時，表現(xiàn)出良好的重復性和長期穩(wěn)定性；最后分析了傳感器的氣敏傳感機制，為將來改善傳感器性能提供了有效的理論基礎。
　　2.以硝酸鈷，尿素，氟化銨作

4、為原料，使用一種簡便的、無模板的水熱法制備出一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的 Co3O4納米片。通過 XRD分析熱處理前后材料的物相組成，利用SEM和TEM分析Co3O4納米片的形貌結(jié)構(gòu)，用BET法計算了納米片的孔隙率，利用XPS對納米片進行了元素分析并討論來了納米片的生長機理。最后研究了基于 Co3O4納米片的氣敏傳感器在常溫下的氣敏性能。結(jié)果表明傳感器在常溫下，對 NH3最低檢測濃度在200ppb以下，具有較快的響應-恢復速度，并且檢測濃度與響應度之

5、間具有良好的線性關(guān)系，此外，傳感器具有很好的重復性和長期穩(wěn)定性。
　　3.首先以硝酸鈷、尿素和硝酸銅為原材料，利用水熱發(fā)經(jīng)高溫燒結(jié)后得到同時含有CuO和Co3O4的復合材料，并將其溶于無水乙醇制作成糊狀作為旁熱式氣敏傳感器的敏感材料，同時檢測了該傳感器對 NH3的氣敏性能。實驗結(jié)果表明，該傳感器對NH3具有良好的氣敏性能，其最佳工作溫度在200℃，對NH3的最低檢測濃度低于1ppm,而且具有較快的響應-恢復時間，在最佳工作溫度下響