氧化物多孔纳米固体气敏传感器的研究

【摘要】：本文中，我们利用溶剂热压方法制备了ZnO、TiO_2、ZrO_2多孔纳米固体以及ZnO-TiO_2复合多孔纳米固体。在此基础上，我们首次以ZnO多孔纳米固体为原料，利用传统的厚膜制备工艺制备了ZnO多孔纳米固体厚膜气敏传感器，并对它的敏感性能进行了表征。为了进一步探索改善气敏传感器敏感性能的方法，我们又分别制备了ZnO-TiO_2、ZnO-SnO_2、ZnO-ZrO_2、ZnO-Ga_2O_3和ZnO-Co_3O_4复合多孔纳米固体厚膜气敏传感器，并对它们进行了测试分析，对有关现象进行了初步的解释。作为改善传感器性能的另一个尝试，本文还研究了水热预处理纳米粉对厚膜气敏传感器敏感性能的影响。 (1)我们利用溶剂热压方法成功制备了ZnO、TiO_2和ZrO_2多孔纳米固体，并对其性能进行了测试分析。结果发现：改变溶剂的用量、种类以及实验过程中的热压压力，可以在一定范围内调控这些多孔纳米固体的孔径、孔容和比表面积，其中溶剂的种类影响最大。用去离子水制备的多孔纳米固体主孔径、孔容和比表面积都比较小，而用乙醇等制备的多孔纳米固体的主孔径、孔容和比表面积相对较大。此外，ZnO、TiO_2和ZrO_2多孔纳米固体都具有较高的热稳定性。 为了给研制复合型多孔纳米固体气敏传感器作准备，我们制备了ZnO-TiO_2复合多孔纳米固体。从实验中我们发现：在纳米粉总量固定且溶剂用量相同的情况下，原料中TiO_2纳米粉的比例越大，ZnO-TiO_2复合多孔纳米固体的孔径、孔容和比表面积就越大，而且样品具有较高的热稳定性。 (2)为了解决以ZnO纳米粉为原料制备厚膜气敏传感器时存在的本征电阻(传感器在空气中的电阻)过高、工作稳定性差等一系列问题，我们以ZnO多孔纳米固体为原料，利用传统的厚膜气敏传感器制备工艺制备了ZnO多孔纳米固体厚膜气敏传感器。测试结果表明：与直接用ZnO纳米粉制备的厚膜气敏传感器相比，用ZnO多孔纳米固体制备的厚膜气敏传感器的本征电阻Ra明显降低，器件工作的稳定性显著改善。同时，器件的最佳工作温度降低、对乙醇蒸气的选择性提高，响应时间和恢复时间也大大缩短。 (3)为进一步改善ZnO厚膜气敏传感器的敏感性能，我们以前面研制的五种复合型多孔纳米固体为原料，同样利用传统的厚膜气敏传感器制备工艺制备了复