鎳和氧化鎳納米晶的控制生長及應(yīng)用研究.pdf

1、傳感器技術(shù)是當(dāng)今世界發(fā)展最為快速的高新技術(shù)之一，也是現(xiàn)代工程技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要標(biāo)志;電導(dǎo)型納米傳感器現(xiàn)已在航空航天、軍事國防、信息科技、礦山機(jī)械、食品安全、家庭安全、生物監(jiān)測、農(nóng)業(yè)監(jiān)視、醫(yī)學(xué)、環(huán)境等諸多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。NiO擁有穩(wěn)定的理化性能，被認(rèn)為是構(gòu)筑微型傳感器的理想候選材料之一，其最為重要的應(yīng)用就是電導(dǎo)型氣敏傳感器。本論文主要研究了Ni和NiO納米晶（納米線、樹枝晶、納米錐）的可控生長，并將NiO納米線和Zn摻雜的NiO

2、樹枝晶應(yīng)用于微型氣敏傳感器，利用NiO的納米效應(yīng)來提高氣敏傳感器對氣體分子的快速吸附，利用Zn摻雜來改善傳感器對氣體分子的快速解吸附特性;同時(shí)，通過去除Ni納米錐表面的氣體分子極大地改善了其場電子發(fā)射性能，為新型場電子發(fā)射器的開發(fā)提供了新的思路。具體研究進(jìn)展如下:
　　 (1)通過磁場輔助肼還原法制得了高純的Ni納米線，在空氣中380℃以下具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，矯頑力Hc(257.6Oe)高于體相材料;同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過改變?nèi)芤?/p>

3、中的Ni2+離子濃度、反應(yīng)溫度、NaOH濃度、溶劑種類、外加磁場強(qiáng)度、反應(yīng)時(shí)間、N2H4·H2O濃度可以很好地控制Ni納米線的表面形貌、微結(jié)構(gòu)、長徑比;根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)得出了Ni納米線的生長機(jī)制，發(fā)現(xiàn)通過外加磁場和反應(yīng)參數(shù)能夠很好地將Ni晶核組裝成不同形貌的納米結(jié)構(gòu);此外，我們開發(fā)了批量Ni納米線的制備裝置。
　　 (2)通過高溫氧化法將磁場組裝的超長Ni納米線陣列轉(zhuǎn)化為NiO納米線陣列，發(fā)現(xiàn)氧化溫度越低，NiO納米線的平均晶粒尺

4、寸越小，帶隙值越大;根據(jù)不同溫度和時(shí)間的高溫氧化實(shí)驗(yàn)提出了NiO納米線的形成機(jī)理;隨后利用lift-off工藝將NiO納米線陣列組裝成氣敏傳感器，發(fā)現(xiàn)其對NH3均具有很好的響應(yīng)、恢復(fù)性能，優(yōu)異的重復(fù)性和選擇性;此外，我們還發(fā)現(xiàn)平均晶粒尺寸越小的NiO納米線傳感器靈敏度越大，這是因?yàn)槠浔砻婊钚渣c(diǎn)較多，能夠吸附更多的NH3分子。
　　 (3)通過電解法制得了分層、對稱、高度有序的Ni樹枝晶，研究發(fā)現(xiàn)Ni樹枝晶主要由主干、第二分支、第

5、三分支組成，第二分支與主干之間的角度約為70°，第三分支與第二分支之間的角度約為60°，樹枝晶的主干和分支的直徑分別為280nm和210nm，主干和分支的平均長度分別為10μm和1.5μm;根據(jù)一系列不同時(shí)間反應(yīng)產(chǎn)物的形貌，分析了Ni樹枝晶的生長過程，提出了Ni樹枝晶可能的生長機(jī)制;實(shí)驗(yàn)還得出了電解法制備Ni樹枝晶的最佳工藝參數(shù)。
　　 (4)通過電解的途徑和隨后的高溫氧化法制得了Zn摻雜的NiO樹枝晶，SEM測試得知樹枝晶的主

6、干長度在6-10μm，分支長度在1-3μm;HRTEM分析顯示，Zn摻入之后，NiO晶格條紋有加寬的趨勢，這是因?yàn)檩^大的Zn原子替代了NiO晶格中較小的Ni原子所致;同時(shí)發(fā)現(xiàn)Zn在NiO樹枝晶中的溶解極限低于7％;隨后將摻雜的樹枝晶組裝成微傳感器并測試其對NH3的氣敏性能，發(fā)現(xiàn)Zn的摻入致使傳感器的響應(yīng)速度提高了5-8倍，恢復(fù)速度提高了30-50倍;最后探討了Zn摻雜NiO樹枝晶傳感器的氣敏機(jī)理。
　　 (5)通過水熱法在Ni箔