Co3O4納米材料的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備及其氣敏性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體氧化物氣體傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、能耗與成本低、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，應(yīng)用研究較為廣泛。具有特殊形貌且暴露特定晶面的氧化物，有助于提高氣敏性能。本課題選擇p型半導(dǎo)體Co3O4材料為研究對(duì)象，采用水熱法、溶劑熱法和靜電紡絲法制備了具有不同形貌的Co3O4氣敏材料，并采用離子摻雜和異質(zhì)結(jié)修飾等方法進(jìn)行改性，探討了其對(duì)Co3O4微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)和氣敏性能的影響。
　　本文以硝酸鈷或乙酸鈷為原料，加入一定量的表面活性劑，采用

2、水熱法或溶劑熱法的方法，經(jīng)高溫?zé)崽幚砗笾苽涑隽似瑺詈桶魻頒o3O4納米粉體。以硝酸鈷為原料，乙醇和DMF為溶劑，PVP為粘結(jié)劑，用靜電紡絲工藝經(jīng)并高溫?zé)崽幚砗笾苽涑鯟o3O4納米纖維。更多的暴露了(111)晶面的Co3O4納米片氣體傳感器的靈敏度高于其他兩種形貌。其原因?yàn)?111)面上暴露的Co2+離子有更多的未飽和懸掛鍵，原子間距也更大。當(dāng)丙酮濃度為100 ppm時(shí)，納米片氣體傳感器的靈敏度達(dá)到2.54。討論了施主離子摻雜Co3O4納

3、米材料對(duì)晶格結(jié)構(gòu)和氣敏性能的影響進(jìn)行了。摻雜的Ti4+離子和W6+離子進(jìn)入晶體，置換了Co2+離子，由于離子半徑的差異晶格發(fā)生畸變，但是都沒(méi)有生成新的第二相。當(dāng)丙酮濃度為1000 ppm時(shí)，W6+摻雜量為1mol％的樣品的靈敏度為5.06。該配方的樣品由于摻雜濃度適中，且離子價(jià)態(tài)最高，對(duì)晶體表層空穴聚積層的阻值的增大作用最明顯，且使(111)面的表面的懸掛鍵更多，對(duì)材料氣敏性能的提升最為顯著。本實(shí)驗(yàn)采用ZnO表面修飾改性Co3O4納米片

4、。在熱處理過(guò)程中ZnO與Co3O4形成了完全的固溶體ZnCo2O4相，當(dāng)ZnCo2O4與Co3O4形成p-p異質(zhì)結(jié)時(shí)，異質(zhì)結(jié)處形成內(nèi)建勢(shì)場(chǎng)，能帶發(fā)生改變，增強(qiáng)了Co3O4對(duì)氣體的敏感性。研究了離子摻雜與異質(zhì)結(jié)修飾共同改性Co3O4納米片的氣敏性能。因?yàn)榈蛢r(jià)Zn2+離子進(jìn)入晶格后中和了高價(jià)W6+離子的作用，晶體表層空穴聚積層電阻有所降低，且形成的兩種異質(zhì)結(jié)互相影響，導(dǎo)致樣品氣敏性能的下降。以上工作為p型氧化物半導(dǎo)體的氣敏材料的研究提供有益