收藏本站
《吉林大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

氧化锌纳米复合材料的光电气敏性质研究

翟佳丽  
【摘要】:对于气体传感器来说,不仅要求有高的灵敏度、好的选择性,而且还需要有能在室温下连续工作的能力。近年来,已经有越来越多的人开始研究能在室温下工作的电阻型气体传感器。ZnO作为一种宽带隙的n-型半导体材料,已经被证实是十分适合作为光电气体传感器的气敏材料。但是,仅仅有紫外光才能作为ZnO这种宽带隙材料的激发光源,这限制了ZnO光电气体传感器的实际应用。原因有:一是紫外光的光源在价格上比较昂贵,二是人的肉眼不能看见紫外光,在操作的过程中,人体可能会受到伤害。因此,构建利用可见光作为激发光源的光电气体传感器是实现其在实际生产生活中应用的关键。 当今,已有许多方法试图把一些宽带隙的半导体材料的光响应范围扩展到可见光区。窄带隙的半导体材料(如:CdS, Bi_2S_3, CdSe, PbS和LnP)已经被证实是非常有效的敏化剂,它们经常被用来敏化宽带隙的半导体材料(如ZnO,TiO2)。敏化剂可以制备出不同的形貌和不同的尺寸,以此产生大的比表面积和灵活多变的光响应。这种复合材料既可以拥有大的比表面积,又可以把光的响应范围扩展到可见区。因此,把它们作为可见光激发的光电气敏材料是一个十分理想的选择。将激发波长向长波方向移动是当今光电气敏传感器的研究热点。 本论文的研究重点是构建基于ZnO的复合结构。探索最佳的合成方法和条件,以ZnO为基础构建成复合材料,扩展其光响应范围,增强其对可见光的吸收。通过构建异质界面,促进光生载流子的分离,抑制其复合,提高光电气敏活性。利用瞬态光电压技术(TPV)、光电流技术等光电表征手段,研究界面对整个复合材料的晶体结构、对光电的稳定性、光电性质和对气敏活性的影响。探讨其光生电荷分离-复合的行为与光电性质及其光电活性之间的关系。为以后设计、构建可见光激发的光电气体传感器提供理论依据。具体的工作内容如下: 1.利用CdS NPs/ZnO复合结构构建了一个可以利用可见光作为激发光源的光电气体传感器。通过超声的方法在商品ZnO的表面生长了一层CdS纳米粒子,从而形成了CdS NPs/ZnO复合结构。与单纯的商品ZnO相比,该复合结构的光响应范围扩展到了可见光区,并且光电流的强度与单纯的CdS纳米粒子相比增强了8倍。同时,在可见光的激发下CdS NPs/ZnO复合结构对甲醛显示出很高的气敏活性。在室温下,能够检测到的检测下限要低于10ppm。此外, CdSNPs/ZnO作为一个气敏元件拥有很好的重复性。 2.利用两种不同的方法合成了两种不同形貌的CdS/ZnO复合结构,分别是CdS纳米线/ZnO纳米球和CdS纳米线/ZnO纳米粒子。对于CdS纳米线/ZnO纳米球复合结构,X-射线衍射数据证实了合成的复合结构是具有ZnO和CdS两种材料,场发射扫描电子显微镜观察到CdS纳米线表面生长着球状的ZnO结构。高分辨透射电镜照片证实在CdS和ZnO之间存在着明显的界面。瞬态光电压测试数据揭示出在CdS和ZnO的界面能够抑制光生载流子的复合,延长CdS/ZnO复合结构中光生载流子的寿命。这种界面的存在有效的改善了样品的光电活性和气敏活性。CdS/ZnO对甲醛的气敏响应是单纯CdS纳米线的10倍。对于CdS纳米线/ZnO纳米粒子,通过透射电镜和高分辨透射电镜证实了CdS纳米线表面ZnO的存在。通过气敏检测,比较了不同方法合成的样品的气敏活性。CdS纳米线/ZnO纳米球有更好的气敏活性,而CdS纳米线/ZnO纳米粒子对光的响应和恢复更快。 3.通过简单的水热方法合成了C掺杂的ZnO微球。该样品分别在500℃和700℃下煅烧两个小时。在不同温度下煅烧的样品的物理化学性质通过X-射线衍射、扫描电子显微镜、X-光电子能谱、紫外-可见吸收、拉曼和光电流谱进行了研究。通过X-光电子能谱的分析该系列样品中确实有碳掺入,并且是以碳酸根的形式存在于ZnO当中。拉曼光谱的检测结果表示煅烧温度的不同样品中碳的存在形式是不同的。紫外可见吸收光谱证实在碳的掺杂后样品的吸收向可见光区移动。在进行紫外光气敏测试时发现:在500℃煅烧的样品展示出对乙醇最高的响应。瞬态光电压的结果表示在样品中存在sp2杂化的碳结构有助于改进光生电子空穴对的分离程度抑制其复合,从而增加了在样品表面光诱导吸附氧的数量,改善气敏活性。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB383.1

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 徐冬梅;;新型智能气体传感器分析设备[J];材料保护;2013年S2期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 马金鸣;王魏男;李小伟;刘银萍;赵靖;杜宇;卢革宇;;均匀沉淀法制备高性能催化燃烧式甲烷传感器[J];传感技术学报;2011年11期
2 熊静芳;肖佩;吴强;王喜章;胡征;;氧化锌多孔微米花的制备及其气敏性能研究[J];化学学报;2014年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 彭智伟;几种半导体和稀土纳米材料的制备与光学性质研究[D];湖南大学;2010年
2 张文惠;半导体金属氧化物的制备、表征及其气敏性能研究[D];华南理工大学;2011年
3 吴莉莉;纳米氧化锌的制备及其光学性能研究[D];山东大学;2005年
4 徐甲强;氧化物纳米材料的合成、结构与气敏特性研究[D];上海大学;2005年
5 向群;氧化锌基一维纳米复合材料制备及其性能研究[D];上海大学;2008年
6 刘兆婷;木材结构分级多孔氧化物制备、表征及其功能特性研究[D];上海交通大学;2008年
7 台国安;低维半导体能量转换材料的可控组装及物理力学性能研究[D];南京航空航天大学;2008年
8 王丹丹;氧化锌纳米材料的制备、掺杂及性能研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
9 王威;电纺半导体纳米纤维的结构设计与调控及器件应用[D];吉林大学;2012年
10 王艳;ZnO薄膜材料及其相关声学器件研究[D];南京大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙超;单分散铁系纳米材料微波二相法合成及其表征[D];新疆大学;2011年
2 王新锋;ZnO纳米棒的制备及热稳定性研究[D];哈尔滨理工大学;2011年
3 刘延辉;特殊形态纳米ZnO气敏性能研究[D];华中科技大学;2005年
4 闫晓娜;氧化锌纳米阵列气敏性能及发光、浸润性研究[D];天津理工大学;2007年
5 刘汉东;四针状氧化锌晶须的掺杂及其性能研究[D];国防科学技术大学;2008年
6 由丽梅;不同形貌纳米ZnO的制备及气敏性研究[D];黑龙江大学;2008年
7 邱沫;纳米结构铋、铁硫化物材料的制备及性质研究[D];合肥工业大学;2009年
8 庄金亮;Cu微结构制备和ZnO纳米棒及Au纳米粒子的图案化自组装[D];厦门大学;2009年
9 吴琳琅;基于神经网络的纳米ZnO气敏传感器阵列研究[D];西安工业大学;2010年
10 肖立奇;MnO_2掺杂ZnO气敏传感器阵列的制备与性能研究[D];华中科技大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘丽;张彤;漆奇;陈维友;徐宝琨;;基于La_(0.7)Sr_(0.3)FeO_3的微结构乙醇气体传感器的研制[J];半导体学报;2007年04期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 李印华;光敏气敏性半导体纳米材料的制备及性能研究[D];大连理工大学;2011年
2 柏自奎;金属氧化物气敏元件阵列的制备与性能研究[D];华中科技大学;2008年
3 漆奇;低维纳米金属氧化物半导体敏感特性的研究[D];吉林大学;2009年
4 孙鹏;多孔硅基复合薄膜气敏传感器的研究[D];天津大学;2012年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 金建东,王长虹;用PECVD制备的SnO_2薄膜气敏特性研究[J];郑州轻工业学院学报;1994年S1期
2 郑顺镟,郭斯淦,黄亮平;二维光学薄膜的气敏反射光谱特性[J];分析测试学报;1996年06期
3 傅铁祥,曹军,陶钧;2,2′-联吡啶-1,1′-二氧化物与铜(Ⅱ)的气敏配合物合成及其应用[J];化工学报;2004年01期
4 虞承端,梅涛,申飞,倪林;智能气体传感器研究[J];功能材料与器件学报;1996年03期
5 张耀华,李民强;热处理对SnO_2胶体薄膜结构和气敏性能的影响[J];功能材料与器件学报;1997年03期
6 程根水,胡继文,姚海松,李明威,章明秋;填充型聚合物基气敏导电复合材料[J];应用化学;2004年04期
7 祁志美,张耀华;浸渍涂布法制备(CaxLa_l-x)FeO_3薄膜及其气敏效应的研究[J];功能材料;1994年01期
8 林殷茵,汤庭鳌,黄维宁,姜国宝,姚熹;二氧化锡薄膜的电阻气敏和光透射率气敏性能[J];无机材料学报;2000年06期
9 薛天锋,胡季帆,秦宏伟,周莹,安康,张玲,韩涛,宋鹏;掺铝ZnO纳米粉的制备与气敏特性研究[J];金属功能材料;2003年04期
10 薛天锋,胡季帆,秦宏伟,周莹,安康,张玲,韩涛,李玉香;(Al,Sb)/ZnO复合氧化物对乙醇气体气敏功能特性的影响[J];稀有金属材料与工程;2004年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘爽;张宇鹏;吕凯波;阮圣平;刘彩霞;李昕;刘聪;;三种气敏特性分析方法的对比研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第三卷)[C];2011年
2 刘跃;王东兴;焦兵兵;;Al/CuPc/Cu肖特基气敏二极管制备与特性[A];第十三届全国工程电介质学术会议论文集[C];2011年
3 林伟;黄世震;陈伟;;纳米α—Fe_2和O_3的制备及气敏性能检测[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
4 焦正;王艳丽;李珍;王德庆;顾建忠;吴明红;;喷射共沉淀法制备纳米铁酸钴及气敏性能表征[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
5 王德军;林艳红;张清林;王雪松;谢腾峰;;ZnO纳米粒子表面电荷特性研究[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年
6 匡勤;韩锡光;谢兆雄;郑兰荪;;金属氧化物纳米晶的表面控制及其气敏特性研究[A];中国化学会第27届学术年会第08分会场摘要集[C];2010年
7 祝柏林;谢长生;曾大文;王爱华;;基于针状ZnO纳米粉末厚膜的气敏特性[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2003年
8 邢建平;李秀宇;曾繁泰;李伟业;蔡成森;李娟;孟令国;;微型平面薄膜气敏元件及过冲驰豫现象的机理[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(下册)[C];2004年
9 马骏;王毅;肖周;;气敏材料及传感器特性检测系统[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(7)[C];2007年
10 姜淼;侯峰;徐廷献;徐明霞;;Sol-gel法制备WO_3气敏薄膜工艺过程的研究[A];全国第三届溶胶—凝胶科学技术学术会议论文摘要集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 广东 肖裕华;用气敏传感器控制排气扇电路[N];电子报;2006年
2 湖北 朱少华;金龙CPT8A型自动抽油烟机工作原理及故障检修[N];电子报;2006年
3 广东 刘瑞屏;三桁瓦YP5-4ⅡC型抽油烟机电路与检修[N];电子报;2008年
4 本报记者 邹本堃;清剿油烟“杀手”[N];中国消费者报;2000年
5 河北 王春明;半导体气敏器件简介[N];电子报;2002年
6 吴琼;谈谈陶瓷湿度传感器及其发展动向[N];北京电子报;2001年
7 重庆 邹林;厨房电器的发展方向——智能化[N];电子报;2007年
8 本报记者 黄标;智能化厨卫电器走俏市场[N];中山日报;2006年
9 辽宁 车全阔;全自动抽油烟机控制电路[N];电子报;2002年
10 庆恒;鸡、“狐”同上战场为哪般?[N];中国国防报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐琳;静电纺丝法制备一维氧化物纳米材料及其传感和发光性质的研究[D];吉林大学;2011年
2 周小岩;纳米氧化锌的制备及其气敏、光催化性能研究[D];中国石油大学;2011年
3 刘延霞;低维氧化锌功能材料的气敏、发光及场发射性质的研究[D];兰州大学;2011年
4 闫爱华;水热法制备微/纳米结构WO_3及其气敏与光电性能的研究[D];华中科技大学;2011年
5 何洪;取向多孔导电聚乙烯醇(聚氨酯)基复合材料的制备及气敏行为[D];重庆大学;2012年
6 栾春红;二氧化锡多孔纳米固体的制备及性质研究[D];山东大学;2012年
7 陈大竞;纳米聚合物单纤维传感器研究[D];浙江大学;2011年
8 史志存;电子鼻及其应用研究[D];中国科学院电子学研究所;2000年
9 李莉;复合钒酸基材料的制备、表征及其应用研究[D];东北石油大学;2011年
10 黄青武;氧化物/石墨烯纳米复合材料可控合成及其气敏与光催化性能研究[D];华中科技大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邓健强;溶胶凝胶法二氧化锡薄膜气敏光学特性研究[D];华南理工大学;2010年
2 陈浩;光激发气敏传感及其高通量表征装置的研究[D];华中科技大学;2012年
3 周二根;Zn-Sn-O薄膜的共溅法制备及其气敏性能研究[D];重庆师范大学;2012年
4 樊玉凤;溶胶凝胶法纳米复合薄膜气敏光学特性研究[D];华南理工大学;2012年
5 周琼;金属氧化物气敏材料性能测试热激发平台的开发与性能评价[D];华中科技大学;2012年
6 唐成春;静电纺丝法制备导电聚苯胺纤维气敏、柔性功能器件研究[D];青岛大学;2013年
7 赵华;纳米氧化锌和氧化锡的制备及气敏性能研究[D];新疆大学;2011年
8 张洁;三氧化钨气敏机理的密度泛函研究[D];天津大学;2010年
9 徐紫凤;层状前驱体拓扑转变制备复合金属氧化物在气敏传感中的协同作用[D];北京化工大学;2012年
10 冯庆;TiO_2半导体薄膜的光催化和气敏性质研究[D];重庆大学;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026