多级SnS 2 /TiO 2 异质结的构筑及气敏性能研究
发布时间：2020-12-15 17:49
NO2是造成环境污染的主要有毒气体之一。微量的NO2不仅直接危害人体呼吸系统,还会造成空气污染。因此,研制出一款对NO2这种有毒有害气体进行及时检测的气敏传感器是非常有必要的。二维材料Sn S2在气敏领域有很好的应用,基于二维层状Sn S2的传感材料具有更强的电负性和更强的吸附能力。因此,Sn S2气体传感器具有较高的灵敏度和选择性,同时具有快速响应/恢复的特点,这是在二维材料中比较少见的。但是Sn S2基传感器还需要在120℃下工作,所以现在的目标主要是,在保持高灵敏度,响应恢复时间快,良好的选择性等优异特性的前提下,使其能在室温下实现对NO2有毒有害气体的监测。首先,花状结构的Sn S2性能要更加优越,因此主体Sn S2为花状结构最佳。其次,目前通过构建异质结的方法可以显著改善材料存在的缺陷,选取费米能级更高的材料和Sn S2构建异质结不仅能够...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空气污染在诸多有害气体中，化石燃料燃烧，清洁剂，汽车尾气，工业生产等产生的氮
估，材料的电阻值变化越大，说明检测气体越灵敏，变化越大也说明气体浓度越大，不同类型的传感材料，电阻变化趋势也不同。NO2相对于其他气体具有更强的吸附力可以有利于其和材料发生电子转移，以n型半导体SnS2为例，NO2会吸附在SnS2表面并夺取电子，此使n型半导体SnS2失去了电子使得电阻增大，从而检测电阻变化实时检测。与前两种相对比，电阻式传感器具有不需要精密的仪器，也不易受外界干扰可以长期工作等优势，因此在成本、稳定性等方面都比较理想。因此，这类传感器也成为目前研究的最佳选择。几种常见的电阻型传感器如图1-2所示。图1-2几种常见的电阻型传感器1.2.3传统电阻型传感器如今国家越来越注重环保，所以高精度气敏传感器能被用于实时气体监测非常具有实用价值。研究敏感材料，能使传感器有着良好的感测性能是关键。在目前广泛研究的敏感材料中，由于成本低、性能稳固、制备简单以及与当代电子设备易兼容等优点，所以研究的重点集中于传统电阻型气敏传感器中所使用的金属氧化物类材料上。目前金属氧化物已经被用于商业化，例如FIGARO是日本一家半导体气敏传感器公司，在1962年首次发明生产气敏传感器，目前还处于全球第一的地位。现如今，一些金属氧化物，例如ZnO、SnO2、TiO2、CuO、Co3O4、In2O3和WO3等已经成为热点研究和关注的对象。许多金属氧化物适合通过对电导率的测量来检测可燃气体、还原气体或氧化气体。一些氧化物在其电导率方面显示出对气体的响应，因此可以根据电子结构来确定气敏传感器所需要选择的金属氧化物。正因为氧化物具有如此广泛的电子结构范围，以至于金属氧化物可被大概分为以下两类[13]：（1）过渡金属氧化物，例如NiO等；（2）非过渡金属氧化物，可分为过渡金属前氧化物，例如Al2O3等和过渡
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-图1-3a)是反应阶段过程中In2O3的能带图[14]，图b)和c)是n型气敏材料的电子耗尽层的示意图[16]图1-4两种形貌ZnO纳米结构在500°C退火3h后的SEM图像a)花状ZnO和b)管状ZnO[17]金属氧化物目前大部分都需要在加热条件下才能使用，因此需要测定材料的最佳工作温度，如图1-5为两种形貌的ZnO在不同操作温度下测定三种浓度NO2的折线图，可以很明显看出，无论花状还是管状结构它们的最佳操作温度都为190℃。具有不同形貌的材料也具备不同的性能，因此也有好多文献研究材料形貌对气敏性能的影响[18]。由图1-5也可以看出在同一个工作温度下，测定同浓度的NO2，管状ZnO的响应值是花状的好几倍，由此说明管状形貌的性能更加优越。为了研究出现这种现象的机理，文献对材料进行原位红外的表征，NO2吸附会借助ZnO表面的吸附氧发生氧化还原反应生成硝酸根基团，所以红外表征图上会出现硝酸根的峰，实验测出管状的硝酸根的峰要比花状的峰要更强，这也辅助证明前面所阐述的情况。ZnO纳米结构会含有很多的缺陷，比如氧空位，氧空位相当于施
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属氧化物异质结气体传感器气敏增强机理[J]. 唐伟,王兢. 物理化学学报. 2016(05)
[2]A Review on Graphene-Based Gas/Vapor Sensors with Unique Properties and Potential Applications[J]. Tao Wang,Da Huang,Zhi Yang,Shusheng Xu,Guili He,Xiaolin Li,Nantao Hu,Guilin Yin,Dannong He,Liying Zhang. Nano-Micro Letters. 2016(02)
本文编号：2918650
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空气污染在诸多有害气体中，化石燃料燃烧，清洁剂，汽车尾气，工业生产等产生的氮
估，材料的电阻值变化越大，说明检测气体越灵敏，变化越大也说明气体浓度越大，不同类型的传感材料，电阻变化趋势也不同。NO2相对于其他气体具有更强的吸附力可以有利于其和材料发生电子转移，以n型半导体SnS2为例，NO2会吸附在SnS2表面并夺取电子，此使n型半导体SnS2失去了电子使得电阻增大，从而检测电阻变化实时检测。与前两种相对比，电阻式传感器具有不需要精密的仪器，也不易受外界干扰可以长期工作等优势，因此在成本、稳定性等方面都比较理想。因此，这类传感器也成为目前研究的最佳选择。几种常见的电阻型传感器如图1-2所示。图1-2几种常见的电阻型传感器1.2.3传统电阻型传感器如今国家越来越注重环保，所以高精度气敏传感器能被用于实时气体监测非常具有实用价值。研究敏感材料，能使传感器有着良好的感测性能是关键。在目前广泛研究的敏感材料中，由于成本低、性能稳固、制备简单以及与当代电子设备易兼容等优点，所以研究的重点集中于传统电阻型气敏传感器中所使用的金属氧化物类材料上。目前金属氧化物已经被用于商业化，例如FIGARO是日本一家半导体气敏传感器公司，在1962年首次发明生产气敏传感器，目前还处于全球第一的地位。现如今，一些金属氧化物，例如ZnO、SnO2、TiO2、CuO、Co3O4、In2O3和WO3等已经成为热点研究和关注的对象。许多金属氧化物适合通过对电导率的测量来检测可燃气体、还原气体或氧化气体。一些氧化物在其电导率方面显示出对气体的响应，因此可以根据电子结构来确定气敏传感器所需要选择的金属氧化物。正因为氧化物具有如此广泛的电子结构范围，以至于金属氧化物可被大概分为以下两类[13]：（1）过渡金属氧化物，例如NiO等；（2）非过渡金属氧化物，可分为过渡金属前氧化物，例如Al2O3等和过渡
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-7-图1-3a)是反应阶段过程中In2O3的能带图[14]，图b)和c)是n型气敏材料的电子耗尽层的示意图[16]图1-4两种形貌ZnO纳米结构在500°C退火3h后的SEM图像a)花状ZnO和b)管状ZnO[17]金属氧化物目前大部分都需要在加热条件下才能使用，因此需要测定材料的最佳工作温度，如图1-5为两种形貌的ZnO在不同操作温度下测定三种浓度NO2的折线图，可以很明显看出，无论花状还是管状结构它们的最佳操作温度都为190℃。具有不同形貌的材料也具备不同的性能，因此也有好多文献研究材料形貌对气敏性能的影响[18]。由图1-5也可以看出在同一个工作温度下，测定同浓度的NO2，管状ZnO的响应值是花状的好几倍，由此说明管状形貌的性能更加优越。为了研究出现这种现象的机理，文献对材料进行原位红外的表征，NO2吸附会借助ZnO表面的吸附氧发生氧化还原反应生成硝酸根基团，所以红外表征图上会出现硝酸根的峰，实验测出管状的硝酸根的峰要比花状的峰要更强，这也辅助证明前面所阐述的情况。ZnO纳米结构会含有很多的缺陷，比如氧空位，氧空位相当于施
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属氧化物异质结气体传感器气敏增强机理[J]. 唐伟,王兢. 物理化学学报. 2016(05)
[2]A Review on Graphene-Based Gas/Vapor Sensors with Unique Properties and Potential Applications[J]. Tao Wang,Da Huang,Zhi Yang,Shusheng Xu,Guili He,Xiaolin Li,Nantao Hu,Guilin Yin,Dannong He,Liying Zhang. Nano-Micro Letters. 2016(02)
本文编号：2918650
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