Cu2O納米材料的合成及其在VOCs傳感器中的應用.pdf

1、由于具有低成本、簡單高效、實時響應等特點，氧化物半導體氣敏傳感器在環(huán)境污染氣體的快速、在線檢測方面具有十分重要的應用前景。探索材料的氣敏傳感機理，合成具有靈敏度較高、選擇性良好的氣敏性能傳感材料，進而制備穩(wěn)定性優(yōu)異的傳感器器件對VOCs進行原位、實時監(jiān)測具有重要意義。本文以研究p型Cu2O半導體材料為基礎，考察了晶面與氣敏性能的關系，借助p-n傳感器陣列與場效應晶體管進一步提高了傳感器的氣敏性能，在此基礎上制備了簡易的酒精檢測器。主要研

2、究內(nèi)容與結果如下:
　　(1)利用濕化學還原法通過改變表面活性劑PVP的用量簡單可控合成了暴露(100)與(111)晶面的四種形貌Cu2O，分別是立方體、截立方體、截八面體、八面體。通過改變NaOH的濃度可控合成了不同尺寸的立方體Cu2O。其中立方體Cu2O對苯、丙酮、NO2表現(xiàn)出更好的氣敏性能，并且對丙酮和NO2表現(xiàn)出較高的選擇性。與八面體Cu2O相比，立方體Cu2O對苯與丙酮表現(xiàn)出更高的催化活性，并且具有更小的表觀活化能。在此

3、基礎上提出不同形貌Cu2O氣敏傳感機理:具有更低功函數(shù)與更高空穴激活能的(100)晶面使得立方體比八面體Cu2O具有更高的氣敏性能。
　　(2)利用共沉淀法簡單可控的制備了顆粒尺寸大小均一的Ga摻雜ZnO(50nm)(Ga-ZnO)與CdO活化Sn摻雜ZnO(20-50nm)(CdO-Sn-ZnO)納米顆粒，用溶膠凝膠自蔓延燃燒結合共沉淀法成功制備了CdO活化LaFeO3(50nm)(CdO-LaFeO3)納米顆粒。在各自最佳工作

4、溫度下成功組裝了(C-Cu2O)-(Ga-ZnO)與(CdO-LaFeO3)-(CdO-Sn-ZnO)兩組p-n傳感器陣列。(C-Cu2O)-(Ga-ZnO)組成的p-n傳感器陣列大大提高了對乙醇的靈敏度，(CdO-LaFeO3)-(CdO-Sn-ZnO)組成的p-n傳感器陣列極大提升了對丙酮與乙醇的靈敏度，使得某一單一傳感器對目標氣體的的響應值以另一單一傳感器對該目標氣體響應值的倍數(shù)增長。測試結果與p-n傳感器陣列的工作原理十分吻合，

5、同時這也說明通過組裝p-n傳感器陣列提高檢測氣體的響應值是一種十分有效的方法。
　　(3)利用兩種場效應晶體管(FET)K544與K264成功組裝K544-Cu2O、K264-Cu2O兩種傳感器。兩種傳感器對乙醇響應信號均有較大放大效果，并且放大倍數(shù)均隨乙醇濃度的變大而增加。其中K264比K544放大效果更佳，并且K264-Cu2O傳感器對乙醇表現(xiàn)出較好的選擇性及穩(wěn)定性。場效應晶體管的放大原理:傳感器在接觸檢測氣體前后產(chǎn)生的回路電