ZnO纳米颗粒气敏性能的研究

【摘要】：ZnO是一种重要的新型半导体材料,由于其独特的电学、光学特性,近年来引起了极大关注。而纳米ZnO材料具有比表面积大、易于表面修饰等优点,在光电子器件、传感器等领域有广泛的应用前景。对于纳米ZnO气体传感器而言,它属于表面控制型传感器件,除了掺杂作用外,其比表面积对性能也具有极其重要的作用,是纳米ZnO气敏器件研究的重点。 本文主要利用溶胶—凝胶法制备了不同掺杂以及不同表面修饰的ZnO纳米颗粒,系统研究了ZnO纳米颗粒的相结构,表面形貌和气敏性能,探索了气敏机理。得到了以下几点创新结果: 首次研究了聚十六烷基吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)的表面修饰对ZnO纳米颗粒气敏性能的影响,指出PVP的表面修饰可提高ZnO纳米颗粒的分散性。利用溶胶—凝胶法制备了PVP修饰的ZnO纳米颗粒,研究了不同配比下的PVP修饰的ZnO纳米颗粒的表面形貌和气敏性能,发现Zn~(2+)与PVP的摩尔比为1:1时,传感器对三甲胺(trimethylamine,TMA)具有非常高的灵敏度和选择性,并且重复性较好。研究进一步探讨了PVP修饰的ZnO纳米颗粒气敏性能提高的原因。 系统研究了掺入不同Mo含量的ZnO纳米颗粒的形貌、结晶性能和气敏性能。采用溶胶—凝胶法制备了掺入Mo的ZnO纳米颗粒,结果表明,ZnO纳米颗粒的结晶性能和形貌都受到掺入量的影响,当Mo元素的含量为10%时,传感器在室温下对NH_3气体的灵敏度和选择性较好,且重复性较好,并提出了掺入Mo的ZnO纳米颗粒NH_3敏性能变化的机理。 论文研究了掺入Fe_2O_3和Mn_3O_4纳米颗粒的ZnO纳米颗粒气敏特性。通过溶胶—凝胶法分别制备了掺入不同含量的Fe_2O_3和Mn_3O_4纳米颗粒的ZnO纳米颗粒。研究指出,两种物质掺入的ZnO纳米颗粒的结晶性能都受到掺入量的影响。但是,掺入量对形貌的影响却有所不同,Fe_2O_3掺杂的ZnO纳米颗粒的表面形貌与掺入量也有很大的关系,而Mn_3O_4的掺入对ZnO纳米颗粒的形貌几乎没有影响。传感器气敏性能的