基于納米氧化鋅的濕敏石英諧振傳感器的研究.pdf

1、近年來，納米結(jié)構(gòu)材料特別是半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)材料的制備和應(yīng)用研究已經(jīng)成為眾多物理、化學(xué)、材料、電子等學(xué)科領(lǐng)域?qū)W者關(guān)注的焦點(diǎn)。納米結(jié)構(gòu)材料及其器件將會引發(fā)新的技術(shù)革命，成長為二十一世紀(jì)信息技術(shù)的主要增長點(diǎn)。 本論文圍繞納米氧化鋅這種新型半導(dǎo)體納米材料的敏感性能，開展了其在濕度傳感器方面的研究工作，取得了多方面創(chuàng)新性的研究成果。主要研究內(nèi)容包括：通過熱蒸發(fā)法和溶膠一凝膠法分別制備了各種不同結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅。并對所制備的納米氧化鋅結(jié)構(gòu)進(jìn)行

2、了性能表征，為其應(yīng)用打好基礎(chǔ)，同時為制作基于納米氧化鋅的濕敏傳感器提供結(jié)構(gòu)豐富的敏感材料。 所研究的第一種濕度傳感器是基于石英晶振微天平(QCM)結(jié)構(gòu)的傳感器，利用熱蒸發(fā)生長獲得的花狀ZnO納米結(jié)構(gòu)的比表面積大，吸附性好的特點(diǎn)，將其同QCM結(jié)合，制備出性能高的濕度敏感器件。研究從靈敏度，穩(wěn)定性，重復(fù)性等方面來研究傳感器在不同濕度情況下的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該種濕度傳感器在相對濕度(RH)30％到80％之間具有很好的靈敏度，其靈敏

3、度能達(dá)到50Hz/％RH，而且可重復(fù)性能好。證明了氧化鋅材料是一種很有前途的濕敏材料。 所研究的第二種濕度傳感器是基于石英音叉(QTF)結(jié)構(gòu)的傳感器。這個工作是首創(chuàng)性的將納米材料與音叉式晶振相結(jié)合應(yīng)用。在石英音叉的叉臂上通過溶膠一凝膠方法直接生長氧化鋅納米顆粒薄膜，并應(yīng)用此薄膜作為濕敏材料。利用該薄膜的比表面積大，吸附性好的特點(diǎn)，制備出性能高的濕度敏感器件。主要從靈敏度，穩(wěn)定性，重復(fù)性，抗干擾等方面來研究傳感器在不同濕度情況下的

4、性能。研究結(jié)果表明，氧化鋅納米顆粒薄膜材料同樣是一種很有前途的濕敏材料。 最后開展對無線傳感器的初步研究。利用基于納米氧化鋅QCM傳感器響應(yīng)速度快，輸出為數(shù)字量的特性，我們制作了一個無線傳感器系統(tǒng)原型。該傳感器有作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的價值。該無線傳感器通過RF發(fā)射模塊發(fā)射由QCM氣體傳感器感測的氣體濃度數(shù)據(jù)，并由RF接收部分完成數(shù)據(jù)記錄和分析，可以對惡劣的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時檢測等方面的潛在應(yīng)用價值。傳輸距離為室內(nèi)100米，室外3