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光激活Ag/ZnO纳米结构传感器的气敏特性研究

吴子见  
【摘要】:近来,ZnO由于形貌容易控制、易合成、成本低、物理化学性质优异,已被广泛应用于制备成各种气体传感器。ZnO纳米结构传感器展现出响应高、响应恢复快、稳定性好等优点,但工作温度一般在300-400°C。高的工作温度不仅导致大量的能量消耗,而且在检测易燃、易爆气体时,存在着潜在的安全隐患,不利于实际应用。基于此,本文采用水溶液法在带有Ag电极的Al2O3陶瓷片上原位生长不同形貌的ZnO纳米结构,在ZnO纳米结构表面负载Ag纳米颗粒的基础上,利用光辐照降低ZnO纳米结构传感器的工作温度,改善其气敏性能。首先,利用水溶液法,在乙酸锌生长液中分别添加0.02 mmol、0.05 mmol、0.1 mmol、0.2 mmol柠檬酸三钠,在带有Ag电极的Al2O3陶瓷片上原位生长Zn O纳米片网络结构,片的厚度在10-20 nm之间。样品400oC退火30 min转变成由纳米颗粒组成的ZnO多孔网络结构。四个样品所构成的传感器中,添加0.1 mmol柠檬酸三钠的样品,在最佳工作温度350°C对50 ppm乙醇的响应响应最高。利用水溶液法,硝酸锌浓度分别为10 mmol/L、25 mmol/L、50 mmol/L的生长液中,以带有Ag电极的Al2O3陶瓷片为基底,制备了三种ZnO纳米棒阵列。ZnO纳米棒的平均直径约为60 nm,棒长度约300 nm,纳米棒分布密度随着生长液浓度的增加而增加。在最佳工作350°C对50 ppm乙醇ZnO纳米棒传感器的响应随纳米棒分布密度的增加而增加。其次,选取添加0.1 mmol柠檬酸三钠制备的ZnO多孔网络结构、生长液浓度为25 mmol/L制备的ZnO纳米棒,光还原法合成Ag/ZnO复合结构。对50 ppm乙醇,Ag/Zn O多孔网络结构传感器最佳工作温度为250°C;Ag/ZnO纳米棒传感器最佳工作温度为300°C。两种传感器的响应均有提高,但恢复时间均有增加。表明Ag纳米颗粒的负载有效降低了传感器的工作温度,提高了其响应值,同时延长了传感器的恢复时间。最后,在395 nm和365 nm UV照射下,ZnO、Ag/ZnO多孔网络结构以及Ag/ZnO纳米棒传感器,50°C对50ppm乙醇均有明显响应。结果表明光激活可以有效降低传感器的工作温度,提高传感器响应。


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