ZnO纳米颗粒气敏性能的研究

论文题目: ZnO纳米颗粒气敏性能的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料学

作者: 汤会香

导师: 严密,杨德仁

关键词: 氧化锌,纳米材料,表面修饰,掺杂,气敏传感器

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 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Zn2+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NH3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NH3敏性能变化的机理。 论文研究了掺入Fe2O3和Mn3O4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Fe2O3和Mn3O4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,Fe2O3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Mn3O4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

论文目录:

摘要

Abstract

前言

第1章 文献综述

§1.1 引言

§1.2 纳米材料的特性

1.2.1 量子尺寸效应

1.2.2 宏观量子隧道效应

1.2.3 库仑阻塞效应

1.2.4 小尺寸效应

1.2.5 表面效应

§1.3 氧化物半导体传感器的气敏机理

1.3.1 肖特基接触的影响

1.3.2 氧气的吸附与还原性气体的作用

1.3.3 电子耗尽层

1.3.4 氧空位

1.3.5 晶粒大小对气敏性能的影响

1.3.6 掺杂理论

§1.4 氧化物半导体传感器的研究进展

1.4.1 ZnO的性质

1.4.2 纳米ZnO的制备方法

1.4.3 ZnO气敏传感器的研究进展

参考文献

第2章 实验原理与测试仪器

§2.1 实验内容

§2.2 实验设备

2.2.1 X射线衍射(XRD)

2.2.2 透射电子显微镜(TEM)

2.2.3 场发射扫描电镜(FESEM)

2.2.4 紫外可见吸收谱(UV-vis absorption spectroscopy)

2.2.5 旋涂机

2.2.6 傅立叶变换红外光谱(FTIR)

2.2.7 电学性能的测量

第3章 表面修饰的纳米ZnO气敏性能的研究

§3.1 引言

§3.2 传感器的制备和性能测试

3.2.1 PVP修饰的ZnO纳米颗粒的制备

3.2.2 薄膜型气敏元件的制备

3.2.3 气敏性能的测试方法

§3.3 结果

3.3.1 紫外—可见光吸收谱

3.3.2 ZnO纳米颗粒薄膜的表面形貌

3.3.3 响应和恢复特性表征

3.3.4 基于Zn~(2+)：PVP摩尔比为5：5的ZnO纳米传感器的选择性

3.3.5 基于Zn~(2+)：PVP摩尔比为5：5的ZnO纳米传感器的重复性

§3.4 讨论

§3.5 本章小结

参考文献

第4章 过渡元素Mo的掺杂对纳米ZnO气敏性能的影响

§4.1 引言

§4.2 传感器的制备和性能测试

4.2.1 Mo-ZnO纳米颗粒的制备

4.2.2 薄膜型气敏元件的制备

4.2.3 气敏性能的测试方法

§4.3 结果

4.3.1 Mo-ZnO纳米颗粒的形貌

4.3.2 Mo-ZnO纳米颗粒结构的表征

4.3.3 基于Mo-ZnO纳米颗粒传感器的选择性

4.3.4 不同Mo含量对Mo-ZnO纳米颗粒NH_3敏性能的影响

4.3.5 Mo含量为10％时ZnO纳米传感器的重复性

§4.4 讨论

§4.5 本章小结

参考文献

第5章 氧化物纳米颗粒(Fe_2O_3，Mn_3O_4)掺杂对ZnO纳米颗粒气敏性能的影响

§5.1 引言

§5.2 Fe_2O_3的掺杂对ZnO纳米颗粒气敏性能的影响

5.2.1 传感器的制备和性能测试

5.2.1.1 Fe_2O_3-ZnO纳米颗粒的制备

5.2.1.2 薄膜型气敏元件的制备

5.2.1.3 气敏性能的测试方法

5.2.2 结果

§5.3 Mn_3O_4的掺杂对ZnO纳米颗粒气敏性能的影响

5.3.1 传感器的制备和性能测试

5.3.2 结果

5.3.3 讨论

§5.4 本章小结

参考文献

第6章 CdS纳米颗粒的掺杂对ZnO纳米颗粒气敏性能的影响

§6.1 引言

§6.2 传感器的制备与性能测试

§6.3 结果

6.3.1 CdS纳米颗粒掺杂的ZnO纳米颗粒的形貌

6.3.2 结构与成分的表征

6.3.3 纳米颗粒的选择性

6.3.4 CdS含量对ZnO纳米颗粒的NH_3敏性能的影响

6.3.5 重复性

§6.4 讨论

§6.5 本章小结

参考文献

第7章 结论

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

发布时间: 2006-05-10

参考文献

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• [3].石墨烯纳米网的制备、结构调控及室温NO2气敏性能研究[D]. 张佳.华中科技大学2017
• [4].SnO2纳米结构的改性及其在气体检测中的应用[D]. 王莹.太原理工大学2017
• [5].纳米In2O3气敏性能及其气敏机理研究[D]. 詹自力.郑州大学2003
• [6].有机复合膜与传感器的室温气敏性研究[D]. 马兴法.浙江大学2005
• [7].纳米晶钙钛矿型La（Pb）Fe（Co，Ni）O3的制备及气敏特性研究[D]. 宋鹏.山东大学2006
• [8].三氧化二铟基复合纳米材料的制备及其气敏性能研究[D]. 高军.黑龙江大学2016
• [9].多孔硅基/一维金属氧化物复合结构的制备与气敏性能研究[D]. 武雅乔.天津大学2014
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• [2].ZnO纳米晶的修饰、自组装及光学性质研究[D]. 董林.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）2005
• [3].低维半导体氧化物的合成及气体传感器的研制[D]. 刘艳丽.湖南大学2005
• [4].ZnO半导体光电材料的制备及其性能的研究[D]. 吕建国.浙江大学2005
• [5].一维氧化锌纳米材料传感性能研究[D]. 王小华.华东师范大学2006
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