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(duì)環(huán)境進(jìn)行高效、實(shí)時(shí)監(jiān)控的迫切需要對(duì)氣體傳感器的性能提出了更高的要求。如何提高選擇性、長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性以及響應(yīng)-恢復(fù)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(jī)制和設(shè)計(jì)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(dǎo)體材料。但是基于金屬氧化物半導(dǎo)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(shí)用性強(qiáng)、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(xué)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(duì)氣體傳感器工作溫度高、選擇性差等缺點(diǎn)，可以通過對(duì)敏感材料進(jìn)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(duì)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(xué)水浴法制備氧化鋅納米棒，并對(duì)其氣敏特性進(jìn)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(fù)速度、靈敏度等方面，還難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，因此對(duì)氧化鋅納米棒做進(jìn)一步的修飾或復(fù)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(shì)，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?？紤]降低設(shè)備要求和工藝難度，本課題采用了相對(duì)簡(jiǎn)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(gè)部分：
　　第一部分

4、：利用光化學(xué)沉積法，在氧化鋅納米棒表面進(jìn)行銀納米顆粒修飾。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)還對(duì)比了兩種不同的電極材料，即鎳酸鑭氧化物導(dǎo)體電極和 Ag-Pd貴金屬電極。實(shí)驗(yàn)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(jià)的鎳酸鑭氧化物導(dǎo)體電極可以替代貴金屬電極。
　　第二部分：用光化學(xué)沉積法在氧化鋅納米棒表面制備CuO/

5、ZnO異質(zhì)結(jié)，并測(cè)試其氣敏特性。本實(shí)驗(yàn)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(shí)間后得到 CuO/ZnO異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料。并對(duì)樣品進(jìn)行氣敏特性測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樣品對(duì)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(fù)合材料，并在室溫下測(cè)試其氣敏特性，測(cè)試結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)在室溫下對(duì)二氧化氮?dú)怏w比較敏感。并探討MWCNT/ZnO異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料獲得最佳氣敏特性時(shí)