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低温和激光烧结纳米 ZnO气敏特性及应用研究

王林  
【摘要】:本文以激光-感应复合加热法制备的纳米 ZnO 粉末为基础,通过采用降低烧 结温度、使用新的烧结热源(激光烧结)研究不同的工艺参数对元件气敏性能的 影响,以及使用以不同掺杂 ZnO 为元件组成的传感器阵列对 VOCs 气体进行分 类识别。 通过激光-感应复合加热法制备的纳米 ZnO 颗粒。颗粒形貌具有针状特征。 对比针状 ZnO,具有多种形态的 ZnO 以及市售颗粒 ZnO 的气敏特性,发现针状 ZnO 表现出最好的气敏特性,其次是多种形态的纳米 ZnO,市售的 ZnO 敏感度 最低。敏感性能与原始粉末的形态、大小、团聚程度以及烧结而成的厚膜的显微 结构密切相关。 对纳米 ZnO 粉末进行了低温烧结和采用激光作为烧结热源进行了烧结。在 200℃-550℃低温烧结范围内,随烧结温度提高,纳米 ZnO 晶粒尺寸增大,敏感 度下降,300℃时有最高的敏感度。其电阻随烧结温度升高而增大。以激光为热 源烧结纯 ZnO 厚膜中。当激光功率为 60W 和 70W 时,随扫描时间延长晶粒长大, 厚膜致密化,其敏感度逐步下降.相同扫描时间下,70W 激光烧结厚膜的敏感度显 著高于 60W 激光。 使用 ZnO 气敏元件组成传感器阵列,对乙醇、丙酮、苯进行分类识别,能 够较好的区分。 本文第一部分综合介绍了纳米 ZnO 气敏材料在气体传感器中的应用,并阐 述了本课题研究的目的及意义。第二部分介绍了纳米 ZnO 气敏材料的制备及其 气敏特性。第三部分是本文的核心,着重介绍了采用低温烧结和利用激光作为烧 结热源制备纳米 ZnO 气敏元件及其气敏性能。第四部分利用所制备的 ZnO 气敏 元件组成阵列对 VOCs 气体进行分类识别。


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