ZnN納米材料的制備及其丙酮?dú)饷籼匦匝芯?pdf

1、半導(dǎo)體金屬氧化物氣體的傳感器因檢測(cè)方便、便攜性好、制作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究。但是也存在著半導(dǎo)體類的氣體傳感器的靈敏度較低，選擇性較差以及穩(wěn)定性不好等問(wèn)題，因此改善上述不足是現(xiàn)在半導(dǎo)體氣體傳感器主要的研究?jī)?nèi)容。同時(shí)氣敏材料本身的微觀結(jié)構(gòu)、摻雜劑的種類與摻雜的濃度對(duì)傳感器的敏感特性的好壞存在非常重要的影響。
　　本文選用簡(jiǎn)單、高效的水熱合成方法和靜電紡絲方法制備不同結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料;并對(duì)材料進(jìn)行了TG-DTA、XRD和

2、SEM等表征分析。再以ZnO材料為基本對(duì)其進(jìn)行不同濃度釔(yttrium)元素的摻雜，并將上述材料制作成了旁熱式氣敏元件并測(cè)試其對(duì)幾種揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)氣體特別是丙酮的氣敏特性。研究摻雜劑以及不同比例摻雜對(duì)ZnO氣敏特性的影響，最后進(jìn)行了ZnO基傳感器氣敏機(jī)理的分析。文章最后還研究了TiO2納米纖維同ZnO納米纖維在不同的摩爾比復(fù)合時(shí)氣敏元件的氣敏特性。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)部分:
　　第一部分采用水

3、熱合成方法制備了氧化鋅(ZnO)和不同摩爾比釔(yttrium)元素?fù)诫s的氧化鋅，摻雜濃度分別為1％，3％，7％。X射線衍射儀(XRD)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDX)表征結(jié)果表明，不同摩爾比釔(Y)摻雜的ZnO均為六方晶系纖鋅礦型結(jié)構(gòu)。未摻雜的ZnO形貌呈花狀。隨著釔摻雜量的增多，摻雜釔的ZnO呈不規(guī)則的柱狀，且釔元素?fù)诫s量越大，其柱狀氧化鋅的直徑越大。測(cè)試了不同摩爾比釔摻雜的ZnO氣敏元件對(duì)丙酮?dú)怏w的敏感特性。結(jié)果表

4、明，摻雜1 at％Y的ZnO氣敏元件對(duì)丙酮?dú)怏w有良好的敏感特性，其最佳工作溫度為400℃;對(duì)100ppm丙酮的響應(yīng)值為33.2，響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間分別為30 s和90 s。該氣敏元件對(duì)丙酮的響應(yīng)明顯高于對(duì)相同濃度的氨氣，苯，甲苯，甲醛，甲醇的響應(yīng)，表現(xiàn)出良好的選擇性。最后對(duì)釔摻雜的ZnO氣敏元件的氣敏機(jī)理進(jìn)行了初步分析。
　　第二部分采用靜電紡絲法制備了釔(Y)摻雜的氧化鋅(ZnO)，然后在不同的溫度下煅燒制得了釔摻雜的ZnO納米纖維。

5、根據(jù)熱重差熱分析(TG/DTA)、傅立葉變換紅外光譜分析(FTIR)、X射線衍射儀(XRD)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDX)表征結(jié)果，綜合考慮選擇500℃為材料的退火溫度，500℃時(shí)ZnO的晶相已經(jīng)形成，粒徑約為50 nm，且納米纖維呈介孔結(jié)構(gòu)。測(cè)試不同摩爾釔摻雜的ZnO納米纖維氣敏元件的對(duì)丙酮?dú)怏w的敏感特性。結(jié)果表明500℃燒結(jié)的釔元素以3％摩爾比摻雜的ZnO納米纖維氣敏元件在工作溫度為400℃時(shí)對(duì)丙酮的氣敏特性最佳。

6、400℃時(shí)ZnO元件對(duì)10ppm、50 ppm、100ppm、200ppm和500ppm的丙酮的響應(yīng)值分別為5.3、22.8、59、79.2和140。響應(yīng)時(shí)間分別為35s、25s、11s、14s、和41s。相應(yīng)的恢復(fù)時(shí)間分別為40s、34s、54s、70s、和100s。最后對(duì)不同摩爾比釔摻雜的ZnO納米纖維氣敏元件的氣敏機(jī)理進(jìn)行了初步分析。
　　第三部分采用靜電紡絲方法分別合成ZnO和TiO2納米纖維，對(duì)材料進(jìn)行了XRD、SEM及