氧化鋅納米結構缺陷控制與氣敏性能關系研究.pdf

1、ZnO是一種寬禁帶的金屬氧化物半導體，因其獨特的電學和光學性質，在氣敏傳感、光催化和廢水處理等領域都有非常廣泛的應用。因為 ZnO形貌豐富、成本低廉、無毒無害、綠色環(huán)保等優(yōu)點，在氣敏傳感方向的應用備受矚目。ZnO屬于表面電阻控制型半導體，氣敏響應主要取決于表面結構，所以具有大的比表面積的片狀結構和有助于氣體擴散的多孔空心結構均有利于提高氣敏性能。此外，考慮到氧化石墨烯（GO）特殊的運輸特性和極高的載流子遷移率，其與ZnO的復合材料也能表

2、現(xiàn)出優(yōu)良的氣敏性能。
　　本論文主要研究內容如下：
　　1）在沒有任何模板、表面活性劑或有機溶劑的情況下，采用直接沉淀的方法在室溫下合成了平均厚度約為20 nm的氧化鋅（ZnO）納米片。為了提高熱穩(wěn)定性、調控表面本征缺陷含量，將樣品分別在200℃、400℃和600℃下煅燒，結果表明，片狀結構可以在低于400℃下穩(wěn)定存在。光致發(fā)光譜（PL）分析顯示，ZnO-200樣品表面上存在大量的本征缺陷；氣敏測試表明，由ZnO-200納米

3、片制作的氣體傳感器在300℃下對丙酮顯示出較高的氣敏響應和良好的選擇性。因此，我們認為ZnO-200對丙酮顯示的靈敏度的增強，除了比表面積的影響外，主要起因于材料表面的本征缺陷。
　　2）通過一種簡單有效、低碳環(huán)保的水浴法制備了不同氧化石墨烯含量的石墨烯/ZnO的復合體系，隨后制成氣敏器件，對其氣敏性能進行測試。結果表明，摻雜0.5 mg氧化石墨烯的ZnO復合材料（ZnO-0.5 GO）在200℃下對二甲胺顯示出良好的氣敏性能。結

4、果表明，0.5 mg氧化石墨烯為最佳復合含量，并在復合過程中通過原位C摻雜形成了一些施主型雜質缺陷，主要是CZn和Ci，這些均有利于吸附氧的增加，從而提升靈敏度，其在200℃下對1 ppm二甲胺的靈敏度可高達4.82。我們還發(fā)現(xiàn)GO/ZnO復合材料在低工作溫度下的n-p轉換主要是吸附抑制載流子傳輸引起的，而低二甲胺濃度下的n-p轉換是由于對于p型半導體而言，空穴濃度的降低比電子濃度的增加更為重要。
　　3）以葡萄糖和氯化鋅為原料，