CuO-ZnO復(fù)合體系異質(zhì)結(jié)材料制備及其氣敏性能.pdf

1、ZnO是具有3.37ev禁帶寬度的n型半導(dǎo)體氧化物，而CuO是具有1.2ev禁帶寬度的p型半導(dǎo)體氧化物材料，由于它們均具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性能且成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但利用單一的半導(dǎo)體氧化物作為氣敏傳感材料存在一些不足之處，比如靈敏度較低、選擇性不夠高等等，所以通過(guò)對(duì)不同氧化物進(jìn)行復(fù)合，充分發(fā)揮各自所長(zhǎng)，以提高其氣敏性能就是一個(gè)很有意義的課題。
　　本研究利用兩步反應(yīng)法，首先采用簡(jiǎn)單的水浴法以CTAB作為表面活性劑制備出ZnO納

2、米棒，再利用共沉淀法將制備的CuO直接附著在ZnO納米棒上，得到了花狀p-CuO/n-ZnO異質(zhì)結(jié)納米棒。利用所得到的CuO/ZnO納米棒制備氣敏傳感器件，在300℃對(duì)不同濃度乙醇?xì)怏w進(jìn)行了氣敏性能測(cè)試。結(jié)果表明，用該材料制備的氣敏元件對(duì)乙醇?xì)怏w表現(xiàn)出良好的氣敏性能，對(duì)100ppm的乙醇靈敏度達(dá)到了98.8，是ZnO的2.5倍，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為7s和9s。而且該材料對(duì)于低濃度的乙醇也具有良好的氣敏性能，對(duì)于低至1ppm濃度的乙醇靈敏

3、度仍可以達(dá)到9.68。這種優(yōu)良的氣敏性能主要是得益于在p-CuO納米顆粒與n-ZnO納米棒之間形成的p-n結(jié)，由于該p-n結(jié)的形成在CuO/ZnO界面形成了一個(gè)比較厚的耗盡層，在還原性氣體出現(xiàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的耗盡層厚度變化，從而導(dǎo)致電阻的明顯變化。
　　通過(guò)水熱法制備出CuO片層微球。微球的平均直徑大小在3-4μm之間，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，片層的厚度變薄。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為9h時(shí)，片層的厚度為27nm。氣敏測(cè)試結(jié)果表明在最佳工作溫度260

4、℃下，該樣品對(duì)10ppm和500ppm的乙醇?xì)怏w靈敏度分別為4.5和20.8，并且響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間都在20s以內(nèi)，對(duì)乙醇?xì)怏w也具有良好的選擇性。
　　為進(jìn)一步研究異質(zhì)結(jié)對(duì)材料氣敏性能的影響，本研究還探索了通過(guò)水熱法制備ZnO/CuO微球。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為30min時(shí)，樣品的形貌主要是大小在3μm左右的CuO微球。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，ZnO納米棒開始在CuO微球表面生長(zhǎng)，當(dāng)時(shí)間為9h時(shí)，ZnO納米棒基本上把CuO微球結(jié)構(gòu)包裹起來(lái)。Zn