分級結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換為電信號的檢測元件，廣泛應(yīng)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(dǎo)體材料得到廣泛應(yīng)用，ZnO因其物理化學(xué)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(dǎo)體氣敏材料。而由于環(huán)境復(fù)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(guān)，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(biāo)，分別利用水熱法和沉淀法制備出分級結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jié)構(gòu)的多孔納米 ZnO，且均為六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu),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(dá)到了320.9，6h水熱時間粉體對于100ppm丙酮靈敏度達(dá)到了66.1，在對乙醇、正丁醇、丙酮、苯等氣體進(jìn)行濃度梯度的測試時看出，三種水熱時間的燒結(jié)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(yīng)，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(yīng)時間均在5~10s，恢復(fù)時間均在10~20s。

4、⑵采用沉淀法制備進(jìn)行燒結(jié)工藝后而成的分級多孔微球狀 ZnO，在進(jìn)行XRD分析表征得出燒結(jié)前后粉體均為六方晶系ZnO，通過在SEM圖譜下可以看到燒結(jié)前后均為球狀結(jié)構(gòu)，且燒結(jié)前的片狀物質(zhì)明顯，進(jìn)行燒結(jié)工藝后，片狀坍塌形成了多孔微球狀ZnO，為介孔結(jié)構(gòu)。粒徑約為24nm，比表面積高達(dá)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(guān)系變化曲線。在900ppm氣體濃度下，元件對乙醇和丙酮分別達(dá)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(yīng)時間均在15s，恢復(fù)時間均在20~30s。通過對兩種制備工藝得到的分級結(jié)構(gòu)納米ZnO材料的制備過程以及氣敏性能進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，分級結(jié)構(gòu)納米花狀ZnO的形貌有著類似花瓣狀分級結(jié)構(gòu)，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(yīng)時間和恢復(fù)時